DE3123930A1

DE3123930A1 - Waermeableiter fuer ein dual-in-line-gehaeuse fuer integrierte schaltungen

Info

Publication number: DE3123930A1
Application number: DE19813123930
Authority: DE
Inventors: Anthony Dennis 19082 Uper Darby Pa. Calabro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1982-09-02
Also published as: GB2092371A; GB2092371B; US4408220A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeableiter für integrierte Schaltungspackungen mit Dual-in-line-Gehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elastischen, einstückigen Wärmeableiter, der an einer IC-Packung zur Ableitung der im Betrieb in der Packung erzeugten Wärme leicht angebracht werden kann.

Die Entwicklung integrierter Schaltungen, in denen eine Vielzahl von miteinander verbundenen Schaltungen in einer einzigen Packung enthalten sind, hat die Miniaturisierung einer Vielzahl von Vorrichtungen ermöglicht. Die Gestaltung der IC-Packung wurde allgemein standardisiert und besteht aus einem sich in Längsrichtung erstreckenden rechteckigen Gehäuse, das eine Anzahl flacher Anschlüsse aufweist, die sich von gegenüberliegenden Seiten der Packung in zwei parallelen Reihen nach unten erstrecken. Beim Zusammenbau elektrischer Geräte werden die Anschlüsse der IC-Packung mit der elektrischen Schaltung verbunden. Damit die Auswechslung der IC-Packungen erleichtert wird, wurden standardisierte IC-Sockel entwickelt, die unmittelbar an die Schaltung angelötet werden, wobei die IC-Packungen herausnehmbar in den Sockeln angebracht sind.

Im Betrieb der Vorrichtung wird in der IC-Packung Wärme erzeugt, die proportional zur durchfließenden Strommenge ist. Da die IC-Packungen verhältnismäßig klein sind und gewöhnlich nahe aneinander auf einer gedruckten Schaltungsplatte angeordnet sind, können die Temperaturen innerhalb der Packungen um 40 bis 50° anwachsen, so daß sich häufig Probleme ergeben. Während beispielsweise die Temperatur einer IC-Packung anwächst, sinkt nämlich deren Leistung ab. Noch wesentlicher ist, daß kontinuierlich hohe Ströme in einer IC-Packung zu einem Zusammenbruch der Schaltung aufgrund hoher innerer Temperaturen führen können.

Nach dem Stand der Technik wurde daher eine Vielzahl von Wärmeableitern oder Wärmesenken entwickelt, um die Wärme von einer IC-Packung abzuleiten und abzustrahlen. Ein gewöhnlich verwendeter Wärmeableiter für den Gebrauch bei IC-Packungen besteht aus einem rechteckigen Plattenteil mit einer Vielzahl von aufwärts ragenden Abstrahlrippen. Die Abmessungen der rechteckiyen Plutle out.«prochen im wesentlichen den Abmessungen der oberon Wand der IC-Packung und die Platte ist an diese angeklebt. Bei dieser Anordnung wird die in der IC-Packung erzeugte Wärme über die Platte zu den Rippen geleitet und von diesen in die Luft abgestrahlt.

Derartige Wärmesenken können zwar ein gewisses Maß an Temperaturverminderung erzielen, sie sind jedoch aus einer Reihe von Gründen unerwünscht. Beispielswexse ist das Erfordernis, die einzelnen Wärmeableiter an jede IC-Packung anzukleben, zeitraubend und teuer. Für den Fall, daß eine IC-Packung aus der Schaltung entfernt werden soll, muß überdies die Ersatzpackung mit einem neuen Wärmeableiter versehen werden, da der ursprüngliche Wärmeableiter nicht mehr wiederverwendet werden kann. Ein weiterer bedeutender Nachteil der oben angebrachten Wärmeableiter bezieht sich auf den internen Aufbau einer herkömmlichen IC-Packung. In einer IC-Packung ist nämlich ein Chip mit der integrierten Schaltung zentral in der Nähe der Bodenwand des Gehäuses angeordnet. Im Betrieb wird daher die Wärme ursprünglich in der Nähe der Bodenwand erzeugt. Bei Verwendung herkömmlicher Wärmeableiter muß daher die Wärme zuerst durch das Gehäuse hindurch mittels Leitung zur oberen Wand wandern, bevor sie durch den oben angebrachten Wärmeableiter abgegeben werden kann.

Zur Beseitigung dieser Nachteile, wurden bereits verschiedene andere Wärmeableiter nach dem Stand der Technik entwickelt. Beispielswexse wurde ein Wärmeableiter entwickelt,

der getrennte obere und untere Plattenteile umfaßt. Dabei ist ein Plattenteil vorgesehen, welches um einen IC-Sockel vor der Montage der IC-Packung herumgepaßt ist. Nach der Anbringung der IC-Packung über dem unteren Plattenteil, wird ein weiteres oberes Teil zugefügt und am unteren Teil befestigt. Diese herkömmliche Kombination gestattet es, daß ein Teil der durch den Chip der integrierten Schaltung erzeugten Wärme unmittelbar von der Bodenwand des Gehäuses weggeleitet wird. Eine derartige bekannte Vorrichtung ist jedoch insofern wenig wünschenswert, .als sie komplizierte Montage- und Verbindungsverfahren erfordert. Zur Erleichterung der Montage und der Verbindung sind überdies Flansche vorgesehen, die sich über die Draufsichts-Abmessungen des IC-Sockels hinaus erstrecken. Dieser Nachteil ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Raumbedürfnisse kritisch sind, da ein zusätzlicher Abstand zwischen jedem IC-Sockel vorgesehen werden muß, um die wegragenden Flansche aufzunehmen .

Ein weiteres Beispiel eines bekannten Wärmeabieiters, mit dem eine Vielzahl von IC-Packungen gleichzeitig gekühlt werden kann, umfaßt ein leitendes Metallplattenelement. Auf einer gedruckten Schaltungsplatte, auf welcher eine Vielzahl von IC-Packungen in ebener Anordnung montiert ist, kann dabei eine Platte derart angebracht werden, daß die obere Wand jedes Gehäuses mit ihr in Berührung steht. Durch diese Anordnung kann eine einzige Platte von den Oberteilen all der Packungen Wärme ableiten. Ein derartiger herkömmlicher Wärmeableiter beseitigt die Notwendigkeit, die einzelnen Wärmesenken an jede der IC-Packungen durch Kleben anzubringen. Es muß jedoch die am unteren Teil der Packung erzeugte Wärme durch das Gehäuse hindurch zur oberen Wand geleitet werden, bevor sie von der Platte entfernt werden kann.

α β * ο

!Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter für eine integrierte Schaltungspackung mit Dual-in-line-Gehäuse zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen neuen und vorbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der gleitend und abnehmbar auf einer IC-Packung angebracht werden kann.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der die in der Nähe der Bodenwand des IC-Packungsgehäuses erzeugte Wärme direkt ableitet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der einstückig aufgebaut und aus einem elastischen Material geformt ist, so daß er leicht angebracht und zur Wiederverwendung abgenommen werden kann.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der sich nicht über die Draufsichts-Abmessungen eines rechteckigen IC-Sockels hinaus erstreckt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der Einrichtungen zur Verhinderung der Relativbewegung zwischen dem Wärmeableiter und der IC-Packung umfaßt, wodurch eine unerwünschte Verschiebung aufgrund von Vibrationen oder anderen Ursachen verhindert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Wärmeableiter zu schaffen, der in Verbindung mit einer Wärmeableitungsplatte verwendbar ist, um die von der IC-Packung abgeleitete Wärmemenge zu vergrößern.

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Angesichts dieser und vieler anderer Ziele wird durch die Erfindung ein Wärmeableiter geschaffen, der einstückig aufgebaut und aus einem elastischen Material geformt ist, so daß er ohne weiteres an einer IC-Packung angebracht und leicht wieder abgenommen werden kann. Der Wärmeableiter umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden, beabstandeten oberen und unteren Kontaktplatten. Ein mittleres Segment erstreckt sich zwischen den Platten und verbindet diese. Eine Radiatorplatte erstreckt sich aufwärts von dem entgegengesetzten verbleibenden Ende der oberen Kontaktplatte und wirkt als Radiatorrippe zur Abgabe von Wärme. Beim Gebrauch kann der Wärmeableiter gleitend auf oine TC-Packung aufgeschoben werden, wobei die untere Kontaktplatte in Berührung mit der unteren Wand des Packungsgehäuses steht. Die obere Kontaktplatte ist koplanar und angrenzend an der oberen Wand des Gehäuses angeordnet. Die von der IC-Packung im Betrieb aufgrund des Stromdurchflusses erzeugte Wärme wird sowohl zu der unteren als auch zur oberen Kontaktplatte geleitet. Diese Wärme wird dann zur Radiatorplatte übertragen und in die Luft abgegeben. Der erfindungsgemäße Wärmeableiter kann daher die Betriebstemperatur einer integrierten Schaltungspackung vermindern, dadurch die Leistung aufrechterhalten und einen Zusammenbruch verhindern.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die untere Kontaktp]attc bogenförmig gestaltet und umfaßt einen sich nach oben erstreckenden Scheitelteil, der die untere Wand der IC-Packung an einem mittleren Punkt berührt. Durch diese Anordnung wird die von dem Schaltungs-Chip, der in der Nähe der Bodenwand des Gehäuses angeordnet ist, erzeugte lokalisierte Wärme unmittelbar zum Wärmeableiter geleitet und unmittelbar von der Packung weggeführt. Der erfindungsgemäße Wärmeableiter ist vorzugsweise mit einer Einrichtung versehen, um die Relativbewegung zwischen der IC-Packung und dem Wärmeableiter zu unterbinden. Diese Einrichtung kann ein Paar von gegenüberstehenden Schienen umfassen, die sich von den Seitenkanten der oberen Kontaktplatte nach unten er-

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'strecken. Die Schienen sind zum Eingriff mit den Seitenkanten der oberen Wand des Gehäuses vorgesehen, um das Weggleiten des Wärmeableiters aus seiner erwünschten Montageposition zu unterbinden. Der erfindungsgemäße Wärmeableiter kann auch mit eJ.ne>m sich nach unten erstreckenden Verriegelungsflansch versehen sein, der an der Verbindung zwischen der oberen Kontaktplatte und der Radiatorplatte angeordnet ist. Der Verriegelungsflansch ist ferner dazu vorgesehen, den Wärmeableiter zu stabilisieren, und seine Versetzung aufgrund von Vibrationen oder anderen Ursachen zu verhindern.

Der erfindungsgemäße Wärmeableiter beseitigt also viele der mit herkömmlichen Vorrichtungen verbundenen Nachteile. Insbesondere weist der erfindungsgemäße Wärmeableiter geringe Kosten auf, und zwar aufgrund seiner einfachen einheitlichen bzw. einstückigen Konstruktion. Da der Wärmeableiter überdies aus elastischem Material geformt ist, ermöglichen es seine federartigen Eigenschaften, daß er ohne weiteres montiert und danach von einer IC-Packung zur Wiederverwendung wieder abgenommen werden kann, überdies entsprechen die Draufsichts-Abmessungen des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters im wesentlichen den Abmessungen eines IC-Sockels, so daß eine zusätzliche Montagefläche auf einer Schaltungsplatte nicht erforderlich ist. Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters besteht darin, daß er ohne weiteres zur Verwendung in Kombination mit einem herkömmlichen Metal1-platten-Wärmeableiter angepaßt werden kann. Es kann also ein Metallplatten-Wärmeableiter in Verbindung mit einer Schaltungsplatte angebracht werden, auf welcher eine Vielzahl von IC-Packungen montiert sind, von denen jede mit dem erfindungsgemäßen Wärmeableiter versehen ist. Bei dieser Anordnung stehen die oberen Oberflächen jeder der Radiatorplatten des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters in Berührung mit der Metallplatte, so daß Wärme von den IC-Packungen sowohl durch Strahlung als auch durch Leitung abgeführt wird. Durch diese Anordnung ist eine maximale Kühlung der IC-Packungen erzielbar.

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines neuen und verbesserten Wärmeableiters gemäß der Erfindung, der in Verbindung mit IC-Gehäusen verwendet wird, welche auf einer gedruckten Schaltungsplatte montiert sind, und zwar in Kombi nation mit einem Metall-Wärmeableiter, der teilweise ausgeschnitten ist;

Fig. 2 eine seitliche Teilansicht der in Fig. 1 dargestellten Kombination mit dem neuen und verbesserten Wärmeableiter gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine linke Stirnansicht des erfindungsgemäßen Wärmeableiters, der auf einem IC-Gehäuse angebracht ist, wie in Fig. 2 gezeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeableiters;

Fig. 5 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Wärmeableiters;

Fig. 6 eine rechte Stirnansicht des erfindungsgemäßen Wärmeableiters ; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in welcher die Teraperaturverminderung gezeigt ist, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeableiters erzielbar ist.

In den Fig. 1 bis 3 ist der neue und verbesserte Wärmeableiter 10 gemäß der Erfindung dargestellt, der zur Verwendung mit einem standardmäßigen Dual-in-line-Gehäuse 12 für integrierte Schaltungen bestimmt ist. Ein herkömmliches IC-Gehäuse 12 ist allgemein rechteckig gestaltet und weist gegenüberliegende

obere und untere Wände 14 und 16 auf. Das Gehäuse 12 umfaßt j eine Vielzahl von flachen Anschlüssen 18, die sich von gegen- : überliegenden Seiten des Gehäuses in zwei parallelen Reihen nach unten erstrecken. Die Anzahl der Anschlüsse und die Länge ^[ des Gehäuses sind von der besonderen Art der IC-Packung abhängig. Die Höhe und die Breite des Gehäuses sind jedoch für alle IC-Packungen in der Industrie standardisiert. Dementsprechend sind die angegebenen Abmessungen für den Wärmeableiter 10, die sich auf die Höhe und die Breite beziehen, für alle IC-Packungen konstant. Im Gegensatz hierzu sind die bevorzugten Längenabmessungen für den Gebrauch mit einem standardmäßigen 16-Stift-IC-Gehäuse angegeben und können in entsprechender Weise verändert werden.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, ist die IC-Packung 12 all- '; gemein auf einem herkömmlichen IC-Sockel 20 montiert, der j eine Vielzahl von stiftaufnehmenden Öffnungen (nicht ge- j zeigt) zur Aufnahme der Anschlüsse 18 der IC-Packung auf- f weist. Der IC-Sockel 20 ist über die Anschlüsse 22 an einer | herkömmlichen gedruckten Schaltungsplatte 24 montiert. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, kann der Erfindungsgegenstand in Kombination mit einem Metallplatten- |

Wärmeableiter 26 verwendet werden, um die Temperaturver- j

ι minderungswirkungen des Erfindungsgegenstandes zu verstär- j

Der erfindungsgemäße Wärmeableiter 10 ist in den Fig. 4 bis 6 im einzelnen dargestellt; er weist eine sich in Längsrichtung erstreckende Bodenkontaktplatte 30 auf, die vorzugsweise eine bogenförmige Gestalt aufweist. Die bogenförmige Gestaltung der Bodenkontaktplatte begrenzt einen sich aufwärts erstreckenden Scheitelteil 32, der einen lokalisierten Kontakt mit der Bodenwand 16 der IC-Packung herstellen kann, wie im einzelnen nachstehend beschrieben wird. Eine allgemein ebene obere Kontaktplatte 36 ist im Abstand zur Bodonkontakt pi al-te 30 vorgesehen. Die obere Kontaktplatte 36 ist mit einem Paar von gegenüberliegenden, sich nach unten erstreckenden Schie-

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nen 38 zur Stabilisierung des Wärmeableiter 10 auf der IC-Packung 12 versehen. Ein mittleres Segment 40 überbrückt ein Paar von angrenzenden Enden der oberen und unteren Kontaktplatten 30 bzw. 36. Eine Radiatorplatte 44 erstreckt sich aufwärts von dem gegenüberliegenden freien Ende der oberen Kontaktplatte 36. Vorzugsweise ist ein Verriegelungsflansch 46 vorgesehen, der die obere Kontaktplatte 36 und die Radiatorplatte 44 verbindet. Der sich nach unten erstreckende Verriegelungsflansch 46 erhöht die Stabilität und verhindert eine unbeabsichtigte Verschiebung des Wärmeabieiters 10 aufgrund von Vibrationen oder anderen Ursachen. Das entgegengesetzte Ende der Radiatorplatte 44 ist vorzugsweise mit einer nach unten gedrehten Lippe 48 ausgestattet, um die Wahrscheinlichkeit einer Störung mit einer zusammenwirkenden Metall-Wärmeableitungsplatte 26 zu vermindern.

Der erfindungsgemäße Wärmeableiter 10 ist einstückig aufgebaut und aus einem Material geformt, das sowohl elastisch als auch wärmeleitend ist. Beispiele von Materialien, die zur Formung des Wärmeabieiters 10 verwendet werden, sind Kupfer oder Phosphorbronze. Die elastischen Eigenschaften des Formungsmaterials ermöglichen, daß der Wärmeableiter gleitend ohne Schwierigkeit auf einer IC-Packung montiert werden kann. Wenn es nötig werden sollte, eine bestimmte IC-Packung auszutauschen, kann überdies der erfindungsgemäße Wärmeableiter 10 leicht abgenommen und für die ersetzte IC-Packung wiederverwendet werden.

Die Abmessungen der IC-Packung sind derart eingestellt, daß sie eine maximale Wärmeableitung ergeben, die Montage erleichtern und die Wahrscheinlichkeit einer Entfernung von der IC-Packung vermindern. Vorzugsweise ist die Bodenkontaktplatte 10 mit einer Länge ausgestattet, die es ihr ermöglicht, sich wenigstens über die Länge der IC-Packung 12 zu erstrecken. Wie vorstehend erläutert, ändert sich die Länge in Abhängigkeit von der verwendeten IC-Packung; bei

einer standardmäßigen 16-Stift-Packung erstreckt sich jedoch die Bodenplatte über eine Länge A in der Größenordnung von 1,5875 cm (0,625 Zoll). Die Breite B der Bodenplatte 30 muß ausreichend schmal sein, so daß sie keinen elektrischen Kontakt mit den sich nach unten erstreckenden Anschlüssen 18 der IC-Packung 12 herstellt oder mit diesen störend in Eingriff tritt. Vorzugsweise beträgt die Breite B ungefähr 0,508 cm (0,20 Zoll). Das mittlere Segment 40 ist mit einer Länge C in der Größenordnung von 0,3556 cm (0,140 Zoll) ausgestattet, die im wesentlichen der Höhe .der IC-Packung entspricht. Die Länge D der oberen Kontaktplatte 36 ist derart gewählt, daß sie im wesentlichen der Länge des Gehäuses der IC-Packung 12 entspricht, sie liegt also vorzugsweise in der Größenordnung von 2,1463 cm (0,845 Zoll). Zur Erzielung von Stabilität und zur Maximierung der Kontaktfläche, sollte die Breite E der oberen Kontaktplatte 36 im wesentlichen der Breite des Gehäuses der IC-Packung entsprechen, d.h. in der Größenordnung von 0,635 cm (O,25 Zoll) sein. Vorzugsweise ist die Breite nicht größer als die Breite der IC-Packung, so daß der Wärmeableiter sich nicht über die Draufsichts-Abmessungen des IC-Sockels hinaus erstreckt.

Wie vorstehend erwähnt, ist zur Stabilisierung der Position des Wärmeabieiters 10 auf der IC-Packung bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Paar von nach unten ragenden Schienen 38 vorgesehen. Die Schienen 38 sind in einem Winkel F mit einem Maximum von 30 zur Vertikalen angeordnet. Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, ergreifen die sich nach unten erstreckenden Schienen 38 die Seitenkanten der oberen Wand 14 der IC-Packung, um eine seitliche Verschiebung des Wärmeabieiters 10 zu verhindern. Wenn der Wärmeableiter in Verbindung mit einer herkömmlichen 16-Stift-IC-Packung verwendet wird, beträgt die Länge G der Schienen größenordnungsmäßig 1,778 cm (0,7 Zoll).

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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine zweite Einrichtung vorgesehen, um den Wärmeableiter weiter zu stabilisieren. Diese zweite Einrichtung umfaßt einen sich nach unten erstreckenden Verriegelungsflansch 46, dor durch eine V-förmige Biegung gebildet ist, und der das Oberteil und die Radiatorplatten 36 und 44 verbindet. Vorzugsweise erstreckt sich der Verriegelungsflansch 46 unter die Ebene der oberen Kontaktplatte hinab, und zwar über eine Strecke K in der Größenordnung von 0,1524 cm (0,06 Zoll). Die Radiatorplatte 44 erstreckt sich aufwärts weg von dem Verriegelungsflansch 46 über eine horizontale Strecke M, die wenigstens 1,905 cm (0,75 Zoll) betragen sollte. Die Breite der Radiatorplatte 44 ist im wesentlichen gleich der Breite der oberen Kontaktplatte 36. Das entgegengesetzte freie Ende der Radiatorplatte 44 ist mit einer sich nach unten erstreckenden Lippe 48 versehen. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, kann der erfindungsgemäße Wärmeableiter 1O leicht in Verbindung mit einem Metallplatten-Wärmeableiter 26 verwendet werden. Bei einer derartigen Anordnung ist der Metallplatten-Wärmeableiter 26 gewöhnlich gleitend in Berührung mit den erfindungsgemäßen Wärmeableitern 10 montiert. Dementsprechend ist die sich nach unten erstreckende Lippe dazu vorgesehen, ein Zusammenstoßen während der Anbringung der Metallplatte zu verhindern. Ein derartiges Zusammenstoßen könnte zu einem Ausdrücken der Metallplatte oder dem Herunterschieben des Wärmeabieiters 10 von der IC-Packung führen.

In den Fig. 1 bis 3 ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Wiirmcableiters 10 in Verbindung mit einer herkömmlichen IC-Packung 12 gezeigt. Typischerweise, ist eine Schaltungsplatte 24 mit gedrückten Schaltungen darauf versehen, sowie mit einer Vielzahl von daran angebrachten und festgelöteten IC-Sockeln 20. Danach werden die die integrierten Schaltungs-

bauelemente enthaltenden IC-Packungen 12 in den IC-Sockeln angebracht. Wie vorstehend erläutert, erzeugt der in der Nähe der Bodenwand 16 der IC-Packung gelegene IC-Chip beim Durchtritt von Strom durch die integrierte Schaltung eine beträchtliche Wärmemenge.

Zur Ableitung dieser Wärme, zur Aufrechterhaltung der Leistung und zur Verhinderung eines Schaltungsausfalles ist der erfindungsgemäße Wärmeableiter 10 gleitend auf der IC-Packung angebracht. Im einzelnen kann der Wärmeableiter 10 um die IC-Packung herum in Richtung des Pfeiles P in der Fig.2 angebracht werden, so daß sich die Bodenkontaktplatte 30 zwischen der Bodenwand 16 der IC-Packung und der oberen Fläche 50 des IC-Sockels 2O erstreckt. Die Breite B des unteren Kontaktteiles ermöglicht es, daß es ohne weiteres zwischen den gegenüberliegenden parallelen Reihen der Anschlüsse 18 ohne Zusammenstoßen hindurchtreten kann. Es ist beabsichtigt, daß die Bodenkontaktplatte 30 im Reibungskontakt mit der Bodenwand 16 der IC-Packung steht. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bodenplatte 30 bogenförmig gestaltet, so daß der nach oben ragende Scheitelteil 32 in lokale Berührung mit dem Zentralbereich der Bodenwand 16 der IC-Packung tritt. Da dieser Zentralbereich in enger Nachbarschaft zum IC-Chip steht, kann die durch diesen erzeugte Wärme durch Leitung wirksam abgezogen werden. Aufgrund der bogenförmigen Gestaltung der Bodenkontaktplatte 30 steht sein Ende 54 in der Nähe des mittleren Segments 40 (wie in der Fig. 2 gesehen) tatsächlich im Abstand zur Bodenwand der IC-Packung, so daß die vom Chip erzeugte intensivste Wärme unmittelbar von der Bodenwand des Gehäuses weggeleitet oder abgestrahlt wird.

Während der Anbringung des Wärmeabieiters 10 ist die obere Kontaktplatte 36 ausgerichtet mit und koplanar angrenzend an die obere Wand 14 der IC-Packung angeordnet. Durch diese Anordnung wird eine maximale Ableitung von der oberen Wand des Wärmeabieiters erzielt» Wie in der Fig. 3 gezeigt ist,

bewirken die Schienen 38 eine Stabilisierung des Wärmeableiter ε und verhindern, daß er sich aufgrund von Vibrationen verschiebt. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, liegt zusätzlich nach der Anbringung des Wärmeabieiters 10 der nach unten ragende Verriegelungsflansch 46 am Ende der IC-Packung 12 an,so daß der Wärmeableiter weiter stabilisiert wird.

Wärme, die durch die IC-Packung während des Betriebs erzeugt wird, wird durch den einheitlichen bzw. einstückigen Wärmeableiter zu dem sich aufwärts erstreckenden Radiator 44 geleitet. Die Wärme wird von dem Radiator in die Luft abgegeben, wodurch die Temperatur der IC-Packung vermindert wird. Die durch den Wärmeableiter 10 der Erfindung erzielten Kühlwirkungen sind graphisch in der Fig. 7 dargestellt, wobei auf der vertikalen Achse der Temperaturanstieg in der IC-Packung in Celsius-Grad in Abhängigkeit von einer Erhöhung der Leistungsaufnahme der IC-Packung aufgetragen ist. Die bei einer Umgebungstemperatur von 22°C ermittelte Kurve R entspricht dem Temperaturanstieg in einer IC-Packung, die nicht mit irgendeiner Kühleinrichtung versehen worden ist.

Es ist ersichtlich, daß bei einer Leistungszufuhr von einem Watt der Temperaturanstieg in der IC-Packung nur etwa 12 C beträgt. Wenn jedoch 2 Watt Leistung der IC-Packung zugeführt werden, ergibt sich ein Temperaturanstieg von 44 C. Im Gegensatz hierzu entspricht die Kurve S dem Temperaturanstieg einer IC-Packung mit einem erfindungsgemäßen Wärmeableiter 10. Bei einer Leistung von einem Watt ist wiederum der Temperaturanstieg klein, und zwar in der Größenordnung von 1O°C. Bei 2 Watt ist jedoch erkennbar, daß nur ein Temperaturanstieg von 30°C auftritt, so daß sich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters 10 eine Verminderung des Temperaturanstiegs von 32 % ergibt. Diese Verminderung der Temperatur um 32 % ermöglicht es, daß die IC-Packung mit höheren Strömen über längere Zeitspannen hinweg betrieben werden kann, ohne daß sich schädliche

Leistungsverluste oder Zusammenbrüche ergeben würden, wie sie bei einem ungeschützten Bauelement auftreten könnten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters 10 besteht darin, daß er ohne weiteres in Kombination mit einer Wärmeableitungsplatte 26 verwendet werden kann, um die Temperaturverminderung weiter zu fördern. Wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, kann eine allgemein rechteckige Wärmeableitungsplatte 26 in beabstandeter, paralleler Beziehung zur gedruckten Schaltungsplatte 24 in herkömmlicher Weise angebracht werden. Es ist beabsichtigt, daß die Platte 26 in einer durch den Pfeil T in der Fig. 2 angegebenen Richtung gleitend angebracht.' ist, um ein Zusammenstoßen mit dem Wärmeableiter 10 zu verhindern. Der Abstand zwischen der Platte 26 und der gedruckten Schaltungsplatte ist derart gewählt, daß zwischen der unteren Oberfläche 60 der Platte 26 und der oberen Oberfläche der Radiatorplatte 44 ein Kontakt hergestellt wird. Vorzugsweise sollte der Abstand derart, eingestellt werden, daß ein maximaler Berührungskontakt erzielt wird, wobei der Radiator 44 im wesentlichen koplanar und angrenzend zur Platte 26 angeordnet ist. Die Verwendung der Platte 26 ist besonders in Situationen wünschenswert, bei denen eine Vielzahl von integrierten Schaltungen auf einer einzigen gedruckten Schaltungsplatte 24 montiert ist, wodurch die Kombination sehr ökonomisch wird.

Die zusätzlichen Vorteile bei der Verwendung einer Wärmeableitungsplatte 26 in Verbindung mit dem Wärmeableiter 10 gemäß der Erfindung sind graphisch in der Fig. 7 gezeigt. Die Kurve W gibt den Temperaturanstieg in einer mit dieser Kombination versehenen IC-Packung an. Es ist erkennbar, daß bei zwei Watt Leistungsaufnahme lediglich ein Temperaturanstieg von 25°C auftritt, so daß sich also eine Verminderung um 43 % im Vergleich zu einer ungeschützten IC-Packung ergibt, welche der Kurve S entspricht.

' Es wurde also vorstehend ein neuartiger und verbesserter Wärmeableiter zum Gebrauch mit Dual-in-line-Packungen für integrierte Schaltungen beschrieben. Der Wärmeableiter 10 ist einheitlich bzw. einstückig aufgebaut und aus einem elastischen Material geformt,, um eine rasche Anbringung und eine nachfolgende Entfernung zu ermöglichen. Der Wärmeableiter umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden oberen und unteren Kontaktplatten 30, 36, die durch ein mittleres Segment 40 miteinander verbunden sind. Eine Radiatorplat.te 44 ist vorgesehen, die sich von dem entgegengesetzten verbleibenden Ende der oberen Kontaktplatte weg erstreckt. Der Wärmeableiter kann auf eine integrierte Schaltungspackung derart gleitend aufgeschoben werden, daß die Bodenkontaktplatte in Berührung mit der Bodenwand der IC-Packung steht und die obere Kontaktplatte koplanar und angrenzend zur oberen Wand der Packung liegt. Durch diese Anordnung wird die in der integrierten Schaltungspackung im Betrieb erzeugte Wärme durch die obere und untere Kontaktplatte zur Radiatorplatte geleitet, an welcher die Wärme abgegeben wird, so daß die Betriebstemperaturen der Packung vermindert werden. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die untere Kontaktplatte bogenförmig gestaltet und steht in örtlichem Kontakt mit dem Mittelbereich der Bodenwand der Packung in der Nähe des wärmeerzeugenden IC-Chips, überdies sind Einrichtungen zur Stabilisierung des Wärmeabieiters auf der IC-Packung vorgesehen. Im einzelnen umfassen diese Einrichtungen ein Paar von sich nach unten erstreckenden im Winkel angeordneten Schienen zum Eingriff mit den Seitenkanten der oberen Wand der IC-Packung, überdies ist ein sich nach unten erstreckender Verriegelungsflansch 46 vorgesehen, der die obere Kontaktplatte und die Radiatorplatte zur zusätzlichen Stabilisierung der Anordnung verbindet. Die Auswirkungen des erfindungsgemäßen Wärmeabieiters können verstärkt werden, wenn er in Verbindung mit einem Metallplatten-Wärmeableiter verwendet wird.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Wärmeableiter für eine integrierte Schaltungspackung mit Dual-in-line-Gehäuse, wobei diese Packung ein sich in Längsrichtung erstreckendes, allgemein rechteckiges Gehäuse mit gegenüberliegenden oberen und unteren Wänden umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß eine sich in Längsrichtung erstreckende untere Kontaktplatte vorgesehen ist, eine sich in Längsrichtung erstreckende obere Kontaktplatte, die im Abstand zur unteren Kontaktplatte angeordnet ist, sowie ein mittleres Segment, welches sich zwischen einem Ende jeder der Kontaktplatten erstreckt und diese verbindet, und daß sich eine Radiatorplatte von dem entgegengesetzten verbleibenden Ende der oberen Kont akipl alte erstreckt, daß c3er W.'irmeablpitrr einstückig aufgebnxit ist und aus einem el asl i sehen

'Material geformt ist, wodurch der Wärmeableiter gleitend an dor integrierten Schaltungspackung derart angebracht werden kann, daß die Bodenkontaktplatte in Berührung mit der Bodenwand steht und die obere Kontaktplatte koplanar und angrenzend an die obere Wand angeordnetist, so daß die im Betrieb von der integrierten Schaltungspackung erzeugte Wärme von der oberen und der unteren Kontaktplatte zu der Radiatorplatte geleitet wird, an welcher die Wärme abgegeben wird, so daß die Betriebstemperatur der integrierten Schaltungspackung vermindert wird.
2. Wärmeableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die untere Kontaktplatte allgemein bogenförmig gestaltet ist und einen sich aufwärts erstreckenden Scheitel aufweist, wodurch bei Anbringung des Wärmeabieiters an der integrierten Schaltungspackung der Scheitelabschnitt in lokalem Kontakt mit deren unterer Wand steht.
3. Wärmeableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine Einrichtung zur Verhinderung der Verschiebung des Wärmeabieiters relativ zur integrierten Schaltungspackung vorgesehen ist.
4. Wärmeableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Verhinderung der Verschiebung ein Paar von Schienen umfaßt, die sich von den Seitenrändern der oberen Kontaktplatte nach unten erstrecken, und daß die Schienen zum Eingriff mit den Seiteiirändern der oberen Wand der integrierten Schaltungspackung bestimmt sind.
5. Wärmeableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die sich nach unten erstreckenden Schienen in einem Winkel bezüglich der Vertikalen mit einem Maximum von 30° angeordnet sind.
6. Wärmeableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderung der Verschiebung einen nach unten ragenden Verriegelungsflansch aufweist, der die obere Kontaktplatte und die Radiatorplatte verbindet, und daß der Verriegelungsflansch V-förmig gestaltet ist.
7. Wärmeableiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verriegelungsflansch unter die Ebene der oberen Kontaktplatte erstreckt, und zwar mit einem Abstand in der Größenordnung von 0,1524 cm (0,060 Zoll).
8. Wärmeableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des mittleren Segments im wesentlichen gleich der Höhe des Gehäuses der integrierten Schaltungspackung ist. '
9. Wärmeableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegengesetzte verbleibende Ende der Radiatorplatte eine nach unten vorragende Lippe aufweist.
10. Wärmeableiter nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer ebenen wärmeleitenden Platte, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte in Berührung mit der Radiatorplatte angeordnet ist, um die Ableitung der Wärme von der integrierten Schaltungspackung zu fördern.
11. Wärmeableiter für eine integrierte Schaltungspackung mit Dualin-line-Gehäuse, wobei die Packung ein sich in Längsrichtung erstreckendes, allgemein rechteckiges Gehäuse mit gegenüberliegenden oberen und unteren Wänden aufweist, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß der Wärmeableiter eine sich in Längsrichtung erstreckende untere Kontaktplatte aufweist, die allgemein bogenförmig gestaltet ist und einen sich nach oben erstreckenden Scheitelteil aufweist, eine sich in Längsrichtung erstreckende obere Kontaktplatte, die im Abstand zur unteren Kontaktplatte angeordnet ist, ein mittleres Segment,

wo'lchos sich zwischen den Enden der KontaktplaLten erstreckt und diese verbindet, sowie eine Radiatorplatte, die sich von dem entgegengesetzten verbleibenden Ende der oberen Kontaktplatte erstreckt, und Einrichtungen zur Verhinderung der Verschiebung des Wärmeabieiters .relativ zur integrierten Schaltungspackung, daß ferner der Wärmeableiter einheitlich bzw. einstückig aufgebaut und aus einem elastischen Material geformt ist, wodurch der Wärmeableiter gleitend auf die integrierte Schaltungspackung derart aufgeschoben werden kann, daß der Scheitelteil der unteren Kontaktplatte in selektivem Kontakt mit der unteren Wand steht und die obere Kontaktplatte koplanar und angrenzend an die obere Wand angeordnet ist, so daß die von der integrierten Schaltungspackung im Betrieb erzeugte Wärme durch die untere und die obere Kontaktplatte zur Radiatorplatte geleitet wird, an welcher die Wärme abgegeben wird, wodurch die Betriebstemperatur der integrierten Schaltung vermindert wird.
12. Wärmeableiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Verhinderung der Verschiebung ein Paar von Schienen umfaßt, die sich nach unten von den Seitenkanten der oberen Kontaktplatte aus erstrecken, und daß die Schienen zum Eingriff mit den Seitenrändern der- oberen Wand der integrierten Schaltungspackung bestimmt sind.
13. Wärmeableiter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die sich nach unten erstreckenden Schienen in einem Winkel zur Vertikalen von maximal 30° angeordnet sind.
14. Wärmeableiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Verhinderung der Verschiebung einen nach unten ragenden Verriegelungsflansch aufweist, der die obere Kontaktplatte und die Radiatorplatte verbindet und V-fÖrmig gestaltet ist.
15. Wärmeableiter nach Anspruch 11_r dadurch gekennzeichnet , daß das entgegengesetzte verbleibende Ende der Radiatorplatte eine nach unten vorragende Lippe umfaßt.