CN1283307A - 用于固定集成电路封装到散热片的安装结构 - Google Patents

Abstract

一个IC元件封装的保护层的上表面具有中央突起,例如,圆柱型突起,并在保护层上伸出。通过扭曲将弹性金属带(例如金属)变成具有从曲线底表面伸出的相对端部的带状形状以形成保持弹簧。保持弹簧的底表面具有一个用于匹配在封装层上中央突起的开口,使得保持弹簧的相对端部从封装层以基本相同的、相反的角度伸出。为了安装IC封装到散热片,将保持弹簧的底表面压配合到封装层上,同时将封装插入到两个从散热片表面突出的两个基本平行的壁之间,其中壁互相保持距离使得当封装插入到相对散热片表面插入时,产生适当的弹簧相对端部互相向内的压缩。两个壁的相对表面具有基本平行于散热片表面的在棘齿型释放模式的多重缺口,使得当IC封装固定到散热片上时,保持弹簧的相对端部由各自的缺口保持位置。

Description

用于固定集成电路封装到散热片的安装结构

本发明适用于集成电路封装领域，和特别涉及用于固定集成电路封装到散热片的安装结构。

集成电路(“IC”)在工业中从通讯到生活电器有很多用处。为了这个目标，通常设计多种类型的IC用于与连接在通用印刷电路板(PC)上安装的其它电路元件一起使用。

作为例子，功率晶体管IC是通过在通常称为晶体管“芯片”的硅晶片上制造一个或多个晶体管单元来形成的。把晶体管芯片固定到绝缘层上，绝缘层通常是导热但不导电的陶瓷衬底。陶瓷衬底自己固定到导热的安装法兰上。保护层固定到法兰上，覆盖衬底和晶体芯片，因而形成功率晶体管“封装”。

把不同的导电引线(例如，薄金属)固定到功率晶体管封装上和从其上引出(就是说，引出到保护层外)，用于连接晶体管芯片的连接公共端到外部电路元件。例如，双极结型功率晶体管，将固定到封装的导电引线分别连接到晶体管的基极、发射极和集电极。

作为装配工艺的一部分将完成的IC元件封装典型地固定在PC板上。因为多数IC封装特别是功率晶体管封装在工作期间产生相当大的热量，将封装安装法兰的底表面典型固定到位于PC板表面下的散热片上。例如，单层PC板-即，在PC板的上下表面之间只有一层介质层，-通常将其下表面通过螺丝或焊料连接到金属导热片，在其上表面上安装一个或多个IC封装，之后PC板上的各种表面引线通过例如焊料或夹具连接到从IC封装延伸出的相应引线上。

有几种已知技术用于固定IC封装到散热片表面上。例如，在图1A中所示，典型IC封装20可以通过位于安装法兰26各一端上的螺丝24固定到散热片22上。然而安装结构需要在PC板装配工艺中手工操作，这增加了很大的成本。进一步说，很难使用螺丝24作用均匀的力到安装法兰26的整个底表面上，一般是在螺丝的位置上比法兰底面的其它部分作用更大的力。

参考图1B，另一个通用技术是焊接(或粘接)安装法兰26到散热片表面22上。这种工艺更容易自动化，同时焊料或粘接材料28有不同于各种(典型为金属)安装法兰的热膨胀系数。结果，在安装法兰26和散热片22之间的结合被削弱或甚至被在两层之间的热膨胀应力破坏，特别是在IC封装20使用期间温度重复改变时。进一步，插入的结合材料28的存在减弱了在法兰26和散热片22之间热传导的效率。这种方法的进一步的缺点是为去掉IC封装以修理或替换，必须加热整个散热片表面以破坏焊接结合，因而导致了在相同散热片上的其它焊接结合被削弱。

特别是，希望相同的力作用到安装法兰26的底面上得到到散热片22的最大热传导效率。进一步，因为最大的热量典型地通过封装和安装法兰的中央区域流动，也就是，在有源晶体管单元区域下面，希望在封装20的中心作用最大的力到散热片22上。

为了这个目的，如图1C和1D所示，另一种已知封装安装结构包括使用一个或多个螺丝30插入并突出在散热片22的上表面。从螺丝30上引出并形成了弹性金属条32使得在IC封装20的表面上作用了夹紧力，因而分配了很多中央作用力以固定安装法兰26到散热片22上，然而，这种方法在PC板组装工艺中依然需要人工加强的步骤。

因而，希望提供一种改进的安装结构用于固定IC元件封装到散热片上，例如固定到PC板底部的散热片，同时允许自动化PC板组装。

本发明提供了一种用于固定IC元件封装到散热片表面的改进的安装结构，其中通过封装中央对散热片施加了恒定的、均匀的外力，同时容易进行自动化组装工艺。

在示例的参考方案中，IC元件封装保护层的上表面具有中央突出，例如，在保护层上伸出的圆柱销子。通过扭曲使金属条成为从曲线底面部分伸出的具有相对端部的带状形式形成了弹性弹簧。带状弹簧的底表面具有一个开口以与封装层的中央突起相匹配，这样弹簧的相对端部以基本相似、相反的角度相对于封装层顶部延伸。

为了安装IC封装到散热片，在带状弹簧底部上的开口被压缩地匹配到封装层的中央突起上，同时将封装插入到两个从散热片上突起的充分平行的壁之间。将壁相互拉开使得弹簧的相对端部适当地向内压缩(就是相互作用)，同时封装的底表面相对散热片插入。这种压缩导致弹簧作用了相对封装层的上表面向下的力，因此固定封装底面到散热片并提供好的热接触。

两个壁的相对表面(就是面对)每个提供了一个或多个间隔的缺口，其基本平行于散热片的表面以棘齿的起伏图案扩展。在这种模式中，一旦封装的底表面相对散热片被压住时，弹簧的各个相对端部被保持就位。这种固定封装到散热片方法的优点是热膨胀力将不作用在二者之间的结合上。

因为安装装配工艺不用使用特殊的工具就可完成(例如，不用螺丝或焊接)，工艺容易自动化。进一步，带状弹簧的弹性本质允许IC封装通过简单的压力使弹簧端部弹出各自的保持缺口而容易从散热片上去除。

以上对本领域的技术人员是明显的，其它和进一步的目的和优点将在下面出现。

附图示出了本发明的设计和装置，其中在不同方案中的相似元件出于容易表示的目的使用相同的标号，其中：

图1A是第一现有技术安装结构的部分剖视图，其中使用安装螺丝直接安装IC封装到散热片上；

图1B是第二现有技术安装结构的侧视图，其中将IC封装焊接或粘接到散热片上；

图1C是第三现有技术安装结构的侧视图，其中单个保持螺丝和其间延伸的保持条用于固定IC封装到散热片上；

图1D是第四现有技术安装结构的侧视图，其中一对保持螺丝和其间延伸的保持条用于固定IC封装到散热片上；

图2是一个依照本发明用于安装IC封装到散热片的优选结构的部分剖视图，其中封装通过贴着封装的保护层中心的弹性带状保持弹簧固定，并通过从散热片突出的一对相对壁来保持就位；

图3是图2中晶体管封装的顶视图；

图4是图2中保持弹簧的透视正视图；

图5是图4中保持弹簧的顶视图，表示在伸展位置；和

图6是一种示出用于图2中安装结构组装优选工艺的部分剖视图。

图2示出了一种用于安装IC封装40到位于PC板表面44下的散热片的优选结构，其中将封装40通过弹性带状保持弹簧46固定到散热片上。

为了简单，示出的封装40通常包括固定到安装在热传导法兰48上的衬底(未示出)上的IC芯片，其中将保护层50以覆盖衬底的方式固定到法兰48。保护层50的上表面52具有在表面52中心并从封装40延伸出来的圆柱销54。

保持弹簧46通常有带状形式并拥有从曲线端部60延伸出的相对端部56和58。特别地，保持弹簧46的底部60拥有与中央圆柱销54匹配的环状缺口62，使得相对端部56和58从封装层50的上表面52以基本相似、相反的角度延伸出。

保持弹簧46的相对端部56和58通过各自的缺口66和68保持在它们的末端，该缺口在与从散热片42的表面突出的壁76和78基本平行的相对表面上形成。特别地，基本平行的散热片42的表面形成各自的缺口66和68，壁76和78最好互相拉开距离，使得缺口66和68将保持弹簧46的端部56和58向内压缩，如图2中箭头70所指示的。

如在本领域的技术人员所熟知的，这种弹簧端部56和58向内的压缩导致保持弹簧46的底部60施加了相对封装层50的上表面52的向下力，因此固定法兰48的底表面64到散热片42上。这种固定IC封装40到散热片42上的方法的显著的优点是允许在散热片42和安装法兰48之间有不同的热膨胀系数，并不用在两个工件之间作用热接触结合。

壁76和78的相对表面最好每一个拥有多个缺口86和88，各自以均匀的间隔的行延伸，且基本平行散热片42的表面，因而在壁76和78每一个上形成棘齿起伏图案。在这种模式中，保持弹簧46的各自相对端56和58可以变化的压缩并保持施加不同的力到封装层50的上表面。

优选地，压缩保持弹簧46的相对端部56和58使施加到封装层50表面52上的力能充分提供在法兰64的底表面和散热片42之间好的热接触，并提供在从封装40引出的电引线72和74之间的固定电接触和一对位于在各自散热片壁76和78之间延伸的PC板表面44上的各自电接触82和84。如同在本领域的技术人员所知道的，为了示例的方便，在图2和6中以夸张的比例表示了各自的电接触82和84。

参考图3，为了保证保持弹簧46施加到封装40的力有利地在中央，销子54优选地相对于层52的上表面在中央。

参考图4和5，依照发明的更加特定的方面，保持弹簧46由弹性条形成，例如，不锈钢。为了形成优选的带状形式，将一对矩形切口部分92和94以条90的相对端／边切割。将条90的端部56和58带着轻度相对扭曲的折叠，使得矩形剪裁部分92和94互相插入。如同本领域的技术人员所知道的，金属条90的弹性本质导致矩形切口部分92和94的各自外边缘96和98将条90保持在带状形式(最好看图4)。

如同本领域的技术人员所进一步知道的，因为不使用特殊工具可以完成安装装配工艺(例如，不用螺丝或焊接)，工艺容易自动化。为了示例，用于装配图2中的安装结构的示例优选装配工艺在图6中描述，由此IC封装40和保持弹簧46在装配工艺中可以作为独立元件引入，如同箭头100指示的。特别是，把在保持弹簧46的底表面上的缺口62压配合到封装层50的中央销54上，同时封装插入到散热片42的壁之间。另外，将保持弹簧46固定到IC封装层50上，作为独立的步骤-也就是在IC封装40固定到散热片42上之前。

如同在本领域的技术人员进一步知道的，保持弹簧46的弹性本质允许IC封装40容易从散热片42上去掉，通过简单压缩保持弹簧46的端部56和58使之脱出它们各自的保持缺口66和68，例如使用一对合适的夹子或钳子。

因而，优选方案已经公开一种改进的用于安装晶体管封装到散热片的结构，例如固定散热片到PC板。这种发明的方案和应用已经示出和描述，如同对本领域的技术人员知道，很多不偏离发明概念的更多的修正和应用在这里是可能的。

为了示例，在上面描述的优选方案中，示出和描述的封装层50具有凸匹配(就是销52)以便安置到在保持弹簧46底部60上的凹匹配(就是，孔62)。对本领域的技术人员容易理解对于这种设计的很多变化是可能的。例如，IC封装层可以形成向内的凹陷，与保持弹簧组的突起部分匹配或容纳。

因而，发明的范围将在权利要求中限制。

Claims (13)

1．一种集成电路封装，包括：

一个安装法兰；

一个固定到安装法兰的半导体衬底；和

一个固定到安装法兰表面的覆盖层，该层基本覆盖半导体衬底并具有设计放置保持弹簧的外表面。

2．权利要求1的集成电路封装，其中覆盖层的外表面有一个基本圆柱型的向外突出的销子。

3．集成电路封装和保持弹簧的组合，集成电路封装包括

一个安装法兰，

一个固定到安装法兰表面上的半导体衬底，和

一个固定到安装法兰表面的覆盖层，该层基本覆盖半导体衬底并有设计放置保持弹簧的外表面。

4．权利要求3的组合，其中保持弹簧包括一个有第一和第二相对端部的弹性条，将所述弹性条扭曲使得第一和第二相对端部向上伸出并互相分开以便限定一个曲线底表面，因此保持弹簧固定集成电路封装到热传送表面。

5．权利要求4的组合，其中覆盖层的外表面有基本圆柱型的向外突出的销子。

6．权利要求5的组合，其中保持弹簧的底表面包括设计与基本圆柱型的销子匹配的缺口。

7．一种PC板组件，包括：

一个散热片；和

一个通过保持弹簧固定到散热片上的集成电路封装，所述集成电路封装包括

一个安装法兰，

一个固定到安装法兰的第一表面的半导体衬底，和

一个固定到第一安装法兰表面的覆盖层，该层基本覆盖了半导体衬底并具有设计放置保持弹簧的外表面。

8．权利要求7的PC板组件，其中所述散热片包括一个具有一对基本平行的突出壁的表面，壁具有相对的侧面，壁的相对的每一侧面上形成有与散热片表面基本平行延伸的凹槽。

9．权利要求8的PC板组件，其中每一个相对壁侧面包括形成棘齿型起伏图案的多重凹槽。

10．权利要求8的PC板组件，保持弹簧包括具有第一和第二相对端部的弹性条，其中将弹性条扭曲使得第一和第二相对端部向上伸出并互相分开以便限定曲线底表面，其中保持弹簧的第一和第二相对端部通过在相对壁的侧面形成的各个凹槽进行限制，适当保持弹簧的底表面对IC封装层的外表面施加压力，由此固定安装法兰的第二表面到散热表面。

11．权利要求10的PC板组件，其中在IC封装上有保持弹簧施加的压力导致一个从IC封装伸出的引线与在PC板上的导电接触元件形成电接触。

12．权利要求7的PC板组件，其中保持弹簧包括有第一和第二相对端部的弹性条，其中将弹性条扭曲使得第一和第二相对端部向上伸出并互相分开由此限定曲线底表面。

13．权利要求12的PC板组件，其中覆盖层的外表面有基本圆柱型的向外突起的销子，其与保持弹簧的底表面上的缺口匹配。

Images