JP2002510880A - 集積回路パッケージのヒートシンクへのワイヤボンド取付体 - Google Patents

集積回路パッケージのヒートシンクへのワイヤボンド取付体

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mounting flange
integrated circuit
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モラー、トマス、ダブリュ
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Abstract

(57)【要約】 ＩＣパッケージの熱伝導性搭載フランジは、直接、ヒートシンク表面に置かれ、ヒートシンクに取り付けられた単層ＰＣ基板のそれぞれの部分の間に挟まれ、パッケージの対向する側から伸張する電気リード線は、それぞれの隣接するＰＣ基板部分の表面に形成された対応の伝導領域上方に配置される。パッケージリード線は、それぞれ、１本以上のたわみボンドワイヤによって対応のＰＣ基板領域に接続される。パッケージリード線は、それぞれのＰＣ基板部分へ電気接続するのに加えて、ボンドワイヤは、一緒になってパッケージをヒートシンクに締めつけるが、その際、熱応力に応じて、フランジとヒートシンク表面との間で相対的横方向に移動可能なように締めつける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路パッケージに関し、特に、集積回路をヒートシンクに取り
付ける取付体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）は、通信から家庭用電気製品に至るまで様々な工業で使用さ
れている。例えば、パワートランジスタＩＣは、１つ以上のトランジスタセルを
シリコンウェハ上に作ることによって形成され、それが一般にトランジスタ「チ
ップ」と呼ばれている。トランジスタチップは、絶縁層に取り付けられ、絶縁層
は、普通、セラミック基板であり、熱的には伝導性があり、電気的には伝導性が
ない。セラミック基板は、それ自身が熱的に伝導性のある搭載フランジに取り付
けられる。保護カバーは、フランジに取り付けられ、基板とトランジスタチップ
とを覆うことによって、パワートランジスタＩＣ「パッケージ」となる。
【０００３】 様々の導電性（例えば、薄い金属）リード線をパッケージに取り付けることに
よって、トランジスタチップの共通端子を、例えば隣接するプリント回路（ＰＣ
）基板上にある他の回路素子へ接続することができる。例えば、バイポーラ接合
パワートランジスタでは、パッケージに取り付けられた電気リード線がトランジ
スタチップのベース、エミッタ、コレクタに接続される。
【０００４】 パワートランジスタパッケージは、動作中にかなりの熱を発生するため、パッ
ケージ搭載フランジの底部表面は、一般に、ＰＣ基板の下にある金属製のヒート
シンクに直接、取り付けられている。例えば、単層ＰＣ基板は、上部伝導性表面
と底部伝導性表面との間に誘電体層を備え、底部表面は、基準接地として動作す
る。この底部表面は、普通、ネジ又は半田により下にある金属ヒートシンクに接
続されることによって、底部表面及びヒートシンクがＰＣ基板の上部表面に取り
付けられたどの回路素子に対しても同じ接地電位を持つようになっている。
【０００５】 ＩＣパッケージをヒートシンク表面に取り付ける公知の技術がある。例えば、
図１に示されるように、ＩＣパッケージ２０は、パッケージ搭載フランジ２６の
底部表面とヒートシンク２２の表面との間の半田接続によってヒートシンク２２
に取り付けることができる。
【０００６】 この方法は、比較的単純であるが、半田材料２８は、必然的に搭載フランジ２
６とヒートシンク２２のそれぞれ（典型的には金属）とは異なる熱膨張係数を持
つ。その結果、搭載フランジ２６とヒートシンク２２との間のボンドは、それぞ
れの層の間の熱膨張力によって、特に、ＩＣパッケージ２０が使用されるたびに
温度変化が繰り返されるため、弱められたり破壊されたりもする。更に、結合材
料層２８が介在することによって、フランジ２６とヒートシンク２２との間の熱
伝導効果が低下する可能性がある。また、この方法の欠点として、ＩＣパッケー
ジを修理あるいは交換のために取り外すためには、ヒートシンク２２全体を加熱
して半田ボンド２８を破壊しなければならず、これにより、同じヒートシンク２
２上の他の半田ボンドが弱められることになる。
【０００７】 図２を参照すると、半田結合を使用する代わりとして、搭載フランジ２６の各
端部に位置する開口にある一対のネジによって、ＩＣパッケージ２０をヒートシ
ンク２２に取り付けることもできる。図３、図４では、ＩＣパッケージをヒート
シンクに取り付ける更に他の技術として、１つ以上のネジ３０を、ヒートシンク
２２の表面に突出するように挿入する。弾性金属ストリップ３２がネジ３０から
伸張し、ＩＣパッケージ２０のカバー上に締め付け力を適用すべき形状を持つこ
とによって、実質的に集中した力を分配し、搭載フランジ２６をヒートシンク２
２に対して締めつける。
【０００８】 また、ＩＣパッケージをヒートシンクに締めつけるための他の方法が、米国特
許出願Ｓ／Ｎ０８／９５６，１９３「集積回路パッケージをヒートシンクに締め
つける搭載配置体」に開示されており、本明細書において完全に参照される。そ
こに教示されているように、また図５に示されるように、ＩＣ構成要素パッケー
ジ４０の保護カバー５０の上部表面５２は、中央突起５４を備える。リボン状の
弾性保持バネ４６を備え、カーブした底面６０から伸張し、中央突起５４と適合
する寸法の開口部６２を有する。
【０００９】 ＩＣパッケージ４０をヒートシンク４２に取り付けるのに、保持バネ開口部６
２は、パッケージカバー突起５４に圧迫されて嵌められる。即ち、ＩＣパッケー
ジ４０の搭載フランジ４５は、ヒートシンク４２から突出する実質的に平行な壁
４４と４８との間に挿入され、対向する保持バネ端部５６と５８とは、実質的に
同じ角度で反対方向にパッケージカバー５０から伸張する。壁４４と４８との間
の距離は、フランジ４５がヒートシンク４５に対して挿入された時に、対向する
保持バネ端部５６と５８が相互に適度な圧縮を有するような距離である。
【００１０】 壁４４と４８は、それぞれ複数のノッチ６４，６８を備え、ヒートシンク４２
に対して実質的に平行に伸張し、「ぎざぎざ」の棚状を形成する。搭載フランジ
４５がヒートシンク４２に押しつけられると、対向するバネ端部５６と５８は、
それぞれ壁のノッチ６４，６８によって保持される。このようにして、バネ４６
は、パッケージカバー５０に対抗する保持力を印加することによって、搭載フラ
ンジ４５をヒートシンク４２に対して矢印７０で示されるように締めつける。
【００１１】 ＩＣパッケージをヒートシンクに取り付けるための以上のような方法のどれに
よっても、ＩＣパッケージがヒートシンクに取り付けられると、パッケージから
伸張する電気リード線（図１から５には示されていない）を、例えば、ヒートシ
ンクに取り付けられた隣接するＰＣ基板上にあるそれぞれの導電性表面リード線
あるいは領域に接続しなければならない。
【００１２】 例えば、図６を参照すると、ＩＣパッケージ８０の搭載フランジ８６が従来の
半田接合部８４を介してヒートシンク８２の上に搭載されている。単層ＰＣ基板
８８も、例えば、パッケージ８０の両側に隣接するネジ（図示されず）によって
、ヒートシンク８２に取り付けられている。ＰＣ基板は、それぞれ、金属上部面
９０、誘電材料の層９２及び金属底部面９４を備え、底部面９４と取り付けられ
たヒートシンク８２は、一緒になって、ＰＣ基板８８の上部面に取り付けられた
回路素子（図示されず）に対して、基準接地として機能する。リード線９６及び
９８は、それぞれ、パッケージの対向する側から伸張し、ＰＣ基板８８の上部面
上に形成された対応の伝導性パスに半田接合部１００及び１０２を介して接続さ
れる。
【００１３】 図１に関して先に述べたパッケージフランジ２８とヒートシンク２２との間に
半田接合部を使用することによる問題として、半田接合部１００及び１０２も、
半田材料と、伝導性面９０と、それぞれの（金属）リード線９６、９８との間の
熱膨張係数の違いによる問題を引き起こす。特に、半田材料は、加熱と冷却を繰
り返した後に固まることによって、接合部１００及び１０２が弱くなったり、及
び/又は機能を果たさなくなり、リード線９６及び９８がそれぞれ持ち上がって
、ＰＣ基板８８の表面９０から離れる。
【００１４】 このように、半田接合部を使用せずに、ＩＣ構成要素パッケージをヒートシン
クに取り付けるための改良された配置体を提供することが望ましい。
【００１５】 （発明の要約） 本発明は、ＩＣ構成要素パッケージをヒートシンクに取り付けるための改良さ
れた配置体を提供するもので、隣接するＰＣ基板表面上に位置するそれぞれの伝
導性パスへパッケージから伸張するリード線の非半田系接続を提供する。
【００１６】 好ましい実施の形態において、ＩＣパッケージの熱伝導性搭載フランジは、ヒ
ートシンクに取り付けられた単層ＰＣ基板のそれぞれの部分の間のヒートシンク
表面上に直接、置かれ、パッケージの両側から伸張する電気リード線は、それぞ
れの隣接するＰＣ基板部分の表面に形成された対応の伝導性領域に配置される。
本発明の第１の特徴に従うと、パッケージリード線は、それぞれ１本以上のたわ
みボンドワイヤによって、対応のＰＣ基板領域に接続される。パッケージリード
線をそれぞれのＰＣ基板部分に電気的に接続するのに加えて、ボンドワイヤは、
一緒になってパッケージをヒートシンクに締めつけ、その際、熱応力に応じて、
それぞれのフランジとヒートシンク表面との間で横方向に動くことができるよう
に締めつける。
【００１７】 当業者には明らかとなるように、その他の目的及び利点が以下に示される。 図面は、本発明の設計及び効用の両方を示し、異なる実施の形態における同様
の要素は、同じ参照番号で示すことによって、見やすくされている。
【００１８】 （好ましい実施の形態の詳細な説明） 図７を参照すると、パワートランジスタパッケージ１１０がヒートシンク１１
２上に配置され、ヒートシンク１１２に取り付けられた単層ＰＣ基板の第１の部
分１１３と第２の部分１１４の間に挟まれている。トランジスタパッケージ１１
０は、次のようにヒートシンク１１２上に配置される。即ち、一方の側１３０に
取り付けられた第１の複数のリード線１１７、１１９、１２１と、反対の側１３
２に取り付けられた第２の複数のリード線１３７、１３９、１４１を備える。特
に、パッケージ１１０は、第１の側１３０の電気リード線１１７，１１９，１２
１は、第１のＰＣ基板部分１１３の表面に形成された対応の伝導性領域１１６，
１１８，１２０の上方に伸張し、反対側１３２上の電気リード線１３７，１３９
，１４１は、第２のＰＣ基板部分１１４の表面に形成された対応の伝導性領域１
３６，１３８，１４０の上方に伸張する。
【００１９】 好ましい実施の形態において、伝導性領域１１６，１１８，１２０，１３６，
１３８，１４０の形成は、第１のＰＣ基板部分１１３及び第２のＰＣ基板部分１
１４の伝導性（例えば、金属製の）上部表面の一部を選択的に除去することによ
って、その下にある誘電金属１１５を露出させることによって行われる。誘電材
料１１５の露出領域は、非伝導性境界として機能し、それぞれの伝導性領域１１
６，１１８，１２０，１３６，１３８，１４０を規定する。
【００２０】 トランジスタパッケージリード線１１７，１１９，１２１，１３７，１３９，
１４１を対応の伝導性ＰＣ基板領域１１６，１１８，１２０，１３６，１３８，
１４０に接続しているのは、それぞれ複数の弾性伝導性ボンドワイヤ１２２，１
２４，１２６，１４２，１４４，１４６である。ボンドワイヤ１２２，１２４，
１２６，１４２，１４４，１４６は、好ましくは、アルミニウム、金、又はアル
ミニウム合金のような適当な材料から作られたものであり、パッケージリード線
１１７，１１９，１２１，１３７，１３９，１４１を、それぞれ伝導性ＰＣ基板
領域１１６，１１８，１２０，１３６，１３８，１４０に電気的に結合し、それ
と同時に、一緒になって、パッケージ１１０をヒートシンク１１２に取り付け（
締めつけ）ている。
【００２１】 より具体的には、複数のボンドワイヤ１２２，１２４，１２６，１４２，１４
４，１４６は、それぞれ、一方の端部が伝導性ＰＣ基板領域１１６，１１８，１
２０，１３６，１３８，１４０に結合され、他方の端部がパッケージリード線１
１７，１１９，１２１，１３７，１３９，１４１に結合される。個々のボンドワ
イヤは、好ましくは、従来の方法、例えば公知の超音波ワイヤボンディング技術
を介して、それぞれの伝導性領域及びパッケージリード線に取り付けられる。
【００２２】 図８に最もよく示されているように、ワイヤの弾性は、矢印１５０によって示
される方向に、それぞれのパッケージリード線に対抗する力を提供することによ
って、トランジスタパッケージ１１０の下にある搭載フランジ１５２をヒートシ
ンクに直接、対抗して押しつける。パッケージフランジ１５２は、一箇所に付着
されていないので、図示されている構成は、パッケージ１１０がヒートシンク１
１２に対して矢印１２８に示されるように横に移動することを許容し、熱応力を
防止する。更に、ボンドワイヤを使用して、パッケージリード線１１７，１１９
，１２１，１３７，１３９，１４１をそれぞれ伝導性ＰＣ基板領域１１６，１１
８，１２０，１３６，１３８，１４０に接続することによる少なくとも１つの利
点は、半田接続を使用しなくてすむという点である。
【００２３】 このように、ＩＣパッケージをヒートシンクに取り付けるための改良された搭
載配置体の好ましい実施の形態を開示した。本発明の実施の形態及び応用は、当
業者には明らかなように、本発明のコンセプトから離れることなく様々な変更や
応用が可能である。
【００２４】 従って、本発明の範囲は、発明の範囲の精神を除いて、限定されるものではな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の従来技術による搭載配置体の側面図であり、ＩＣパッケージが半田付け
などによってヒートシンクに結合される。
【図２】 第２の従来技術による搭載配置体の部分的に透視した側面図であり、搭載ネジ
を使用してＩＣパッケージをヒートシンクに直接、取り付ける。
【図３】 第３の従来技術による搭載配置体の側面図であり、単一保持ネジとそこから伸
張する保持ストリップを使用して、ＩＣパッケージをヒートシンクに取り付ける
。
【図４】 第４の従来技術による搭載配置体の側面図であり、一対の保持ネジを使用して
、ＩＣパッケージをヒートシンクに取り付ける。
【図５】 ＩＣパッケージをヒートシンクに搭載するための更なる配置体の部分的に透視
した側面図であり、弾性リボン状保持バネは、パッケージの保護カバーの中央に
付着され、ヒートシンクから突出する一対の対向する壁によって保持される。
【図６】 ヒートシンクに半田付けされたＩＣパッケージの部分的に透視した側面図であ
り、隣接するＰＣ基板上の伝導性表面リード線は、従来技術の半田付け接続を介
してパッケージから伸張するそれぞれのリード線に接続される。
【図７】 複数のたわみボンドワイヤによってヒートシンクに取り付けられた好ましいパ
ワートランジスタパッケージの上面図であり、複数のたわみボンドワイヤは、パ
ッケージから伸張するそれぞれのリード線をヒートシンクに取り付けられた隣接
するＰＣ基板上に形成された伝導性領域に接続する。
【図８】 図７の配置体を部分的に透視した側面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月４日（２０００．４．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 アール、ベングト スウェーデン国 ガブレ、クボベーゲン 42 Ｆターム(参考） 5E338 AA01 BB71 BB75 CC01 CD11 EE02 5F036 BB14 BB16 BC01 BC33

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気組立体であって、 搭載フランジと電気リード線を備えた集積回路パッケージであって、電気リー
    ドがパッケージに取り付けられ、パッケージから伸張する集積回路パッケージと
    、 前記搭載フランジが直接、接触するヒートシンクと、 前記集積回路に隣接するヒートシンクに取り付けられた伝導面と、 一方の端部が伝導面に取り付けられ、他方の端部が電気リード線に取り付けら
    れ、搭載フランジをヒートシンクに対して取り付ける複数の弾性伝導性ワイヤと
    、 を備える電気組立体。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電気組立体であって、前記伝導面は、単層Ｐ
    Ｃ基板を備えることを特徴とする電気組立体。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の電気組立体であって、前記搭載フランジは、
    ヒートシンクに対して横方向に移動可能であることを特徴とする電気組立体。
  4. 【請求項４】 電気回路組立体であって、 集積回路パッケージであって、搭載フランジと、パッケージの第１の側に取り
    付けられ、該第１の側から伸張する第１の複数の電気リード線と、パッケージの
    第２の側に取り付けられ該第２の側から伸張する第２の複数の電気リード線とを
    有する集積回路パッケージと、 搭載フランジが直接、接触すべく配置されるヒートシンクと、 パッケージの第１の側に隣接するヒートシンクに取り付けられる第１の伝導面
    と、 パッケージの第２の側に隣接するヒートシンクに取り付けられる第２の伝導面
    と、 一方の端部が第１の伝導面に取り付けられ、他方の端部が第１の電気リード線
    に取り付けられた第１の複数の弾性伝導性ワイヤと、 一方の端部が第２の伝導面に取り付けられ、他方の端部が第２の電気リード線
    に取り付けられた第２の複数の弾性伝導性ワイヤと、 を備え、 第１及び第２の複数のワイヤが搭載フランジをヒートシンクに対して移動可能
    に締めつける ことを特徴とする電気回路組立体。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の電気組立体であって、前記第１及び第２伝導
    面は、それぞれ単層ＰＣ基板を備える電気組立体。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の電気組立体であって、前記搭載フランジは、
    ヒートシンクに対して横方向に移動可能である電気組立体。
JP2000542799A 1998-04-03 1999-03-29 集積回路パッケージのヒートシンクへのワイヤボンド取付体 Pending JP2002510880A (ja)

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