TW390001B - Mounting arrangement for securing an integrated circuit package to a heat sink - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 發明領域 本發明關於積體電路封裝之領域，特別是將一積體電路 封裝固定於一散熱器之固定裝置。 發明背景 積，電路（、ICS’ ）在工業上具有自通訊至消费性電 產品範圍内之許多用途。因此之故，多種不同類型之 ICs 一般設計為伴隨安裝於--般印刷電路（，PC，）板 上之其他電路組件使用。 經由舉例方式，一功率電晶體1C係由一個或多個電晶體 ^，組，於一矽晶圓上而形成，該晶圓一般稱為一電晶體 曰曰片。電晶體晶片附加於一絕緣層、通常為一陶瓷基 ^ ’其具熱傳導性但不具電傳導性。陶瓷基體自身附加於 熱，導性固定凸緣。一保護罩固定於該凸緣，復蓋基體 與電sa艎晶片，藉此構成—功率電晶體、封裝Α 。 曰多種不同電傳導性（例如薄金屬）導線可附加至功率電 曰β曰體封裝且自此伸離（亦即伸至保護罩外），以將電晶體 晶片之共用終端連接至外部電路元件。舉例來說，對一雙 ，接面型功率電晶體而言，附加於封裝之個別電導線連接 底座、電晶艘晶片之射極及集極。 ，成1C組件封裝習知上安裝於一 pc板上作為一 由於多數IC封·、特別是功率電晶艘封裝、在ί ::間產生明顯之熱量’封裝固定凸緣之底部表面習知上 板一亦即在PC板個別頂部與戾；Ϊ舉例來說’ 一單層PC "你㈣別τ負。P與底部表面間具有一單層電介質

材料一習知上具有一金屬底部表面以螺栓或焊料連接至用 以安裝一個或多個IC封裝之一金屬散熱器表面，其中％板 上之多種不同表面導線在此之後藉由例如一焊線一 接至自封裝伸出之對應導線。 焊線&夹連 習知有數種將—IC封裝固定於一散熱器表面之技術。舉 例來說，如圖1A所示，一範例1C封裝20可藉由位於一固定 凸緣26每一端上之一螺栓24固定於一散熱器22。然而固定 裝置在PC板組裝程序中要求一手動步驟，其增加相當可觀 之成本。再者，很難以螺栓24在固定凸緣26之全底部轰s 上施加-全然相等之力*，其傾向在螺检位置施 底部其他部分為大之力量。 參照圖1B，另一常見技術係將固定凸緣26以焊接（或膠 合）於散熱器表面22。儘管此技術較易於自動化，焊接或 黏合材料28必然具有與對應（習知上為金屬）固定凸緣“ ^散熱器22不同之熱膨脹係數。因此，固定凸緣26與散熱 器22間之黏合將會因對應層間之熱膨脹應力而弱化甚至破 壞，特別在I C封裝2 0之每一使用期間遭遇重複溫度變化更 是如此。再者’插入黏合材料層28之出現可能降低凸緣26 與散熱器22間之熱傳導效力。此方法之另一缺點在於為進 仃修理或更換而移除一 IC封裝時，全散熱器表面必須經加 熱以破壞焊接黏合，因而導致同一散熱器上之所有其他焊 接黏合弱化<* 更明確地說，為得到至散熱器22之最有效熱傳導性，在 此非常需要對固定凸緣26底部表面施加一均勻力量。再

者’由於習知上最大量之熱會流過封裝及固定凸緣之中央 區域、亦即動態電晶體單元區域下方，有必要在封裝20中 央施加一最大力量抵住教熱器22。 因此之故，如囷1C和1D所示，另一習知IC封裝固定裝置 包含使用一個或多個螺栓30插入、且突出' 散熱器22表 面。彈性金屬帶32自螺检30延伸且經造型以對ic封裝革 施加一夹力，藉此分佈一大致居中力量使固定凸緣26抵住 散熱器22、固定"。然而，此方法依然需要在pc板組裴程 序中使用一人工強化步驟。

於一傲熱器、例如附加於 加最大熱轉移效率之一大 動化進行PC板組裝。 進固疋裝置將一 1C組件封裝固定 一 pc板底部之一散熱器，藉此施 致均句壓力，在此同時尚容許自 發明概述 本發明提供一種增進固定裝置，其以施加一恆定均勻力 量通過封裝中央抵住散熱器之方法將一 1(：組件封裝固定於 一散熱器表面，在此同時備便其提供自身至自動化組裝程 序。 ' 於一範例較佳實施例中，一Ic組件封裝之一保護罩之一 頂部表面具有一居中突起、例如一圓柱樁伸出該罩。—彈 性巧簧以Γ金屬帶絞成一類緞帶形狀構成，該形狀具有自 一 曲線〃底部部分伸離之相反端。緞帶狀彈簧之底部表 面具有一開口設計為嚙合封裝罩上之居令突起，使彈簧之 相反端自該罩以對於封裝罩頂部之大致相等但相反之角度 五、發明說明（4) " -- 伸離。 為將1C封裝固定於一散熱器，緞帶狀彈簧底部上之開口 ，，嗔合封裝罩之居中突起，在此同時封裝插人自散熱器 ，出之兩大致平行壁艎間。該壁體相互間距正好使彈簧相 反端在封裝底部表面插抵散熱器時產生適度之向内（亦即 = '方）㈣。此壓縮使彈黃對封裝罩頂部表面施加一 "下力量，藉此將封裝底部表面以具有良好鼓接觸之 方式抵住散熱器固定。 良好熱接觸之 每一兩壁體之相對（亦即相面對）表面均具 個平均間隔凹口，該凹口以一，棘輪式，離隙楔 伸 致平行於散熱器表面。依此方式，—旦封 延伸= 固壓抵散熱器，彈簧之對應相反端會;# •部表面牢 封裝固定於散孰器之方法之一優點於疋位。此種將 間之黏合產生任何影響。 - 冉對兩者 同樣地，由於此固定組裝程序可不使用特 沒有螺栓或焊料）而達成，此程序能輕易 、 锻帶狀彈普之彈性本質容許藉由輕易將 匕出 承扣凹口而易於使1C封裝自散熱器移除。 出，、對應 為使習於此技藝者易於瞭解，其他目 後文之中。 他目的及優點將顯示於 其中不同實施例甲之相 數字表示，其中： 局部切除側視圖，其中 圖式簡單說明 圖式繪出本發明之設計及效用， 似元件因便於圖示之故用相同參考 圖1A為第一習知技藝固定裝置之

C:\Program Files\Patent\55224. ptd 第9頁 五、發明說明（5) 利用固定螺栓將一 1C封裝直接固定於一散熱器； 圖1B為一第二習知技藝固定裝置之側視圖，其中一 ic封 裝經焊接或其他黏合方式黏合於一散熱器； 圖1C為一第三習知技藝固定裝置之側視圖，其中利用一 單—承扣螺栓及自此伸出之承扣帶將一 1C封裝固定於一散 熱器； 圖1D為一第四習知技藝固定裝置之侧視圖，其中利用一 對承扣螺栓及自其間延伸之一承扣帶將一 IC封裝固定於一 散熱器； 圖2為依據本發明用以將一1(：封裝固定於一散熱器之一 較佳裳置之局部切除側視圖，其中封裝藉由一彈性緞帶狀 扣餐"SI定於封裝保護罩中央且由自散熱器突出之一對相對 壁體維持於定位； 圈3為圏2電晶體封裝之頂視圖； 圖4為圈2扣簧之透視立面圖； 圖5為圖4扣簧之頂視圖 圖6為圖2固定裝置之一 圖’其以 '"未彎摺，姿態顯示； 一較佳組裝程序之局部切除側視 較佳實施例詳細說明

圖2繪出將一 散熱器42之一棄 簧46固定於散熱器42。

為了簡單一一 於固定在一

C:\Program Files\Patent\55224.ptd 第10頁 五、發明說明（6) ----- 一保護箪50以覆蓋基體之方式固定於凸緣48。保護罩之 一頂部表面52具有一圓柱樁54，其集中於頂部表面52中 且自封裝40伸離》 扣簧46具有一大體上類緞帶形狀，連同自一、曲線" 部部分60伸離之相反端5 6和58。更明確地說，扣簧46之底 部部分60具有一大致圓形孔62設計為嚙合居中圓柱樁54， 使相反端56和58自封裝罩50頂部表面52以大致相等但相 角度伸離。 ^ 扣簧46之相反端56和58藉由對應凹口 66和68維持於其終 端盡頭，該凹口形成於自散熱器42表面突出之一對大致平 行壁體76和78之相對面内。更明確地說，對應凹口 “和⑼ 大致平行於散熱器42之表面，且壁體76和78有利地相互間 隔，使凹口 66和68導致扣簧46之端56和58向内壓縮，如& 2中箭頭70所示。 一如習於此技藝者所將瞭解，此彈簧端56和58之向内壓 縮導致扣簧46之底部部分60對封裝罩50頂部表面52施加一 向下 力量’藉此將凸緣48底部表面64抵住散熱器42而 固定。此種將1C封裝40抵住散熱器42固定之方法之一明顯 優點在於其容許散熱器42與固定凸緣48間之熱膨脹係數之 差異，而不影響兩片間之熱接觸黏合。 壁體76和78之相對表面較佳每一分別具有多重更深凹口 86和88 ’該凹口以平均間隔列延伸大致平行於散熱器42表 面，藉此在每一壁體76和78中形成一、棘輪式"離隙模 式。依此方式，扣簧46之對應相對端56和58可受多種不同

C:\Program Files\Patent\55224. ptd 第11頁 五、發明說明（7) '— 壓縮及承扣以對封裝罩50頂部表面52施加不同力量。 較佳來說，扣簧46之相對端56和58經壓縮至某一程度使 施加於封裝罩50頂部表面52之力量足以提供凸緣64底部表 面與散熱器42兩者間之良好熱接觸，且提供自封裝4〇與位 於pc板表面一部份上在對應散熱器壁體76和78間延伸之— 對對應電接觸82和84間之固態電接觸《如習於此技藝者所 注意到，囷2和6中之對應電接觸82和84以誇大方式表示以 易於圈示。 參照囷3，為確保由扣簧46施加於封裝40之力量有利地 集中’樁54較佳對罩52頂部表面集中。 參照圖4和5，依據本發明一更具體意圖，扣簧46可以一 彈性帶、例如不銹鋼構成。為構成較佳、類緞帶"形狀， 一對矩形切除部分92和94切入帶90之相反端/側。然後帶 90之端56和58以一略為輕微扭絞方式互朝對方彎摺，使矩 形切除部分92和94互相、卡住"對方。如習於此技藝者所 了解，金屬帶90之彈性本質導致矩形切除部分92和84之對 應外邊92和98因而將帶90維持於一類緞帶形式（最佳見 4 ) 〇 如習於此技藝者所進一步了解，由於固定組裝程序可不 使用特殊工具（例如不用螺栓或焊接）即可達成，此程序 可輕易自動化。經由舉例方式，組裝圖2固定裝置之一範 例較佳組裝程序繪於圖6之中，藉此Ic封裝4〇與扣發“在 組裝程序中可能以獨立元件導入，如箭頭1〇〇所示。更明 確地說，扣簧46底部表面中之孔62可為壓縮嚙合封裝罩5〇

2居：：2叮：時封裝插入散熱器42之壁體間。另-種選 獨立步驟附加於ic封裝罩5〇-亦即在ic 封裝40附著於散熱器42之前。 如習於此技藝者所進一步了解，扣簧46之彈性本質容許 1C封裝40易於自散熱器42移除，只要簡單將扣簧46之端56 和58壓出其對應承扣凹口 66和68、例如用一對適當夾子或 翻子。 因此’較佳實施例已然揭示將一電晶體封裝固定於一散 熱器、例如附加於一PC板之散熱器、之一增進裝置。儘管 已然說明並圖示本發明之實施例及應用例，對習於此技藝 者而言在不背離本發明概念之原則下可能有許多修改及應 用。 經由舉例方式，於前述較佳實施例中，封裝罩50顯示為 具有一、公次配件（亦即樁52)裝入扣簧46底部部分60内 之一"母，配件（亦即孔62 )。對習於此技藝者而言會馬 上了解到此型態可能有許多變異。舉例來說，一 1C封裝罩 可能具有嚙合或大致容納一扣簧構件之一突起之一向内凹 陷、或凹孔。 因此本發明之範圍僅受限於附屬申請專利範圍項之精 神0

C:\ProgramFiles\Patent\55224.ptd 第 13 I

Claims (1)

1. 871 16 669 六、申請專利範圍 1. 一種積體電路封裝，其包括： 一固定凸緣； 其附加於固定凸緣之-表面；及 罩其固定於固定凸緣表面，該罝+μ思金 想基想且具有-外表面設計為*裝—C菩 覆蓋半導 2, 如申請專利範圍第i項之積體電路σ ° 之外表面具有自此突出之一大致圓捲封裝’其中該罩魂 裝包括 一固定凸緣； 一半導體基體 一罩，其固定 體基想且具有一外 4 ·如申請專利範 帶連同第一和第二 二相反端互自對方 此扣簧將積體電路 5. 如申請專利範 有自此突出之一大 6. 如申請專利範 包括一孔設計為嚙 7. —種印刷電路 一散熱器；及 一積體電路封 。種一積艘電路封裝與-扣簧之組合，該積想電路封 ，其附加於固定凸緣之一表面；及 ;固定凸f表面，料大致上覆蓋半導 表面設計為安裝一扣著。 导 圍第3項之組合，其中扣簧包括一彈性 相反端，其中彈性帶經絞扭使第一 向上伸離藉以定義一曲線底部表面，藉 封裝固定於一熱傳導表面。 圍第4項之组合，其中罩塊之外表面具 致圓柱樁。 双®吳 圍第5項之組合，其中扣簧 合該大致圓柱樁。 I W表面 (PC)板總成，其包括. 裝，其藉由-扣簧固定於一散熱器， 該

   C:\Program Files\Patent\55224·ptd 第 14 頁 六、申請專利範团 積體電路封襞包括 一固定凸緣； 一半導艘基體’其附加於固定凸緣之一第一表面；及 塞主，其固定於該第一固定凸緣表面，該罩大致上覆 等體基體且具有一外表面設計為安裝一扣簧。 二=申請專利範圍第7項之Pc板總成其中該散熱器包 2表面具有一對自此突出之大致平行壁體，該壁體具有 側’每一對應相對側具有形成於其内之一凹大致 仃於散熱器表面延伸。 T 申請專利範圍第8項之pc板總成，其中每一對應相 子壁體側包括複數凹槽形成一棘輪式離隙模式。 =，如申請專利範圍第8項之PC板總成，該扣簧包括一彈 性帶連同第一和第二相反端，其中彈性帶經絞扭使第一和 =一相反端互自對方向上伸離藉以定義一曲線底部表面， 其中扣簧之第一和第二相反端由形成於相對壁體側内之對 應凹槽以一方式維持使扣簧之底部表面對IC封裝罩塊外表 面施加一壓縮力，藉此將固定凸緣之一第二表面固 熱器表面。 11. 如申請專利範圍第10項之PC板總成，其中由扣簧施 加於1C封裝上之壓縮力導致一導線自IC封裝伸出與Pc板上 之一電導性接觸元件產生電接觸。 12. 如申請專利範圍第7項之pc板總成，其十該扣簧包括 一彈性帶連同第一和第二相反端，其中彈性帶經絞扭使第 一和第二相反端互自對方向上伸離藉以定義一曲線底部表

   六、申請專利範圍 面。 13.如申請專利範圍第12項之PC板總成，其中罩塊之外 表面具有自此突出之一大致圓柱樁且嚙合扣簧底部表面内 之一孔。

   C:\Program F i1es\Patent\55224. ptd 第16頁