專利名稱：集成電路組件絲焊安裝至散熱器的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路組件的領(lǐng)域，更具體地說涉及將集成電路組件固定在散熱器上的安裝技術(shù)。
集成電路(IC)在從通信到消費(fèi)電子的工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用。例如，在通常稱作晶體管基片(chip)的硅片上制造一個(gè)或多個(gè)晶體管單元來做成功率晶體管IC。該晶體管基片附著在絕緣層上，絕緣層一般是導(dǎo)熱但不導(dǎo)電的陶瓷襯底。陶瓷襯底本身安裝在一個(gè)導(dǎo)熱的安裝凸緣上。覆蓋該襯底和晶體管基片的保護(hù)外殼固定在凸緣上，從而構(gòu)成了功率晶體管IC“組件”。
為了連接晶體管基片的公共端子到例如相鄰的印刷電路(PC)板上的其它的電路元件，各種導(dǎo)電(例如薄的金屬)引線可以固定在該組件上并從該組件里引出來。例如，對(duì)于雙極性結(jié)型功率晶體管，固定在組件上的各個(gè)導(dǎo)電引線分別地連接到晶體管基片上的基極、發(fā)射極和集電極。
由于功率晶體管組件在工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，組件的安裝凸緣的底表面一般直接固定在PC板下面的金屬散熱器上。例如，單層PC板在頂和底導(dǎo)電表面間有非導(dǎo)電的介質(zhì)材料，其中底表面用作參考地(電平)。這個(gè)底表面通常用螺釘或焊料連接到下面的金屬散熱器上，以使底表面和散熱器相對(duì)于安裝在PC板頂表面的任何電路元件具有相同的地電位。
有一些固定IC組件至散熱器上的公知技術(shù)。例如，如

圖1所示，一個(gè)典型的IC組件20可以通過組件安裝凸緣26的底表面和散熱器22的表面間的焊接部分28，固定到散熱器22上。
盡管這種方法較簡單，但與相應(yīng)的(通常為金屬的)安裝凸緣26和散熱器22相比，焊接材料28總是具有不同的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果，由于相應(yīng)層間的熱膨脹應(yīng)力，具體地說，當(dāng)IC組件20每次使用期間經(jīng)受溫度的重復(fù)變化時(shí)，安裝凸緣26和散熱器22間的結(jié)合將變脆弱，或者甚至受到破壞。另外，中間焊接材料層28的存在可能影響凸緣26和散熱器22間的導(dǎo)熱效率。這種方法還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，即，為了修理或更換而拆卸IC組件20時(shí)，整個(gè)散熱器22必須加熱至使焊接部分28破裂，從而使得在同一散熱器22上的任何其它的焊接變?nèi)酢?br> 參考圖2，作為焊接的一種變換方式，IC組件20可以采用通過位于安裝凸緣26各端的開孔的一對(duì)螺釘24固定到散熱器22上。參考圖3和圖4，固定IC組件到散熱器上的另一種技術(shù)是，將一個(gè)或多個(gè)螺釘30插入散熱器22的表面。彈生的金屬條32從螺釘30處延伸，使其成形能夠?qū)⒁粋€(gè)夾持力加到IC組件20的外殼上，由此配置一個(gè)大致居中的力，這個(gè)力使安裝凸緣26固定在散熱器22上。
還有申請(qǐng)?zhí)枮镾/N 08/956193、名稱為“固定集成電路組件到散熱器上的安裝結(jié)構(gòu)”的待審美國專利申請(qǐng)公開了將集成電路組件固定在散熱器上的另一種方法，其中給出的全部教導(dǎo)均在此引作參考。正如其中所揭示的和在圖5中所示出的，IC元件組件40的保護(hù)殼50的上表面52設(shè)有一個(gè)中心凸起54。形成為條形并具有從曲線底面60延伸的相對(duì)端56和58的彈生固位彈簧46設(shè)有一個(gè)開口62，其尺寸適合與中心凸起54配合。
為了將IC組件40安裝在散熱器42上，當(dāng)IC組件40的安裝凸緣45插入從散熱器42凸起的基本平行的壁44和48之間時(shí)，固位彈簧開口62與組件外殼凸起54壓配合，這樣，相對(duì)的固位彈簧端56和58基本相同地從組件外殼50向遠(yuǎn)處延伸，不過是以相反的角度。壁44和48彼此的距離正好使得當(dāng)凸緣45插入并頂在散熱器42上時(shí)，相對(duì)的固位彈簧端56和58產(chǎn)生彼此間適度的壓縮。
壁44和48每個(gè)上都有多個(gè)凹槽64和68，它們以“棘輪式”浮雕圖形方式基本平行于散熱器42延伸。一旦安裝凸緣45壓在散熱器42上，相對(duì)的彈簧端56和58就由相應(yīng)壁凹槽64和68固位。用這種方式，彈簧46向組件外殼50施加固位力，從而將安裝凸緣45固定在散熱器42上，如圖中箭頭70所示。
用上面描繪的任何一種固定IC組件至散熱器上的方法，一旦IC組件固定在散熱器上，從組件延伸出來的電引線(圖1-5中未示出)就必須連接到相應(yīng)導(dǎo)電表面引線或區(qū)域，例如位于安裝至散熱器的相鄰PC板上的引線或區(qū)域。
參照?qǐng)D6，通過常規(guī)的焊接部分84，IC組件80的安裝凸緣86裝在散熱器82上。單層PC板88還固定在散熱器82上，例如通過鄰近組件80的兩側(cè)的螺釘(未示出)。PC板包括金屬頂表面90、介質(zhì)材料層92和金屬底表面94，其中，對(duì)于焊接在PC板88的頂表面的電路元件(未示出)而言，底表面94和附著的散熱器82共同起到參考地的作用。從組件80的相對(duì)兩側(cè)延伸的引線96和98通過相應(yīng)焊接部分100和102連接到PC板88的頂表面90上形成的對(duì)應(yīng)導(dǎo)電路徑。
至于上面結(jié)合圖1描述的在相應(yīng)組件凸緣(28)和散熱器(22)之間使用焊接連接所存在的問題，由于焊接材料、導(dǎo)電表面90和各(金屬)引線間的不同的熱膨脹系數(shù)，焊接部分100和102容易出現(xiàn)問題。尤其是，在重復(fù)加熱和冷卻以后，焊接材料可以結(jié)晶，使得焊接部分100和102變脆和/或失效，導(dǎo)致各引線96和98抬起并與PC板88的表面90分離。
因此，希望提供改進(jìn)的結(jié)構(gòu)來固定IC元件組件至散熱器，由此免除焊接。
本發(fā)明提供了一種固定IC組件到散熱器上的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供了將從組件延伸出來的引線到位于相鄰的PC板表面上的相應(yīng)導(dǎo)電路徑的非焊接連接。
在優(yōu)選實(shí)施例中，IC組件的導(dǎo)熱的安裝凸緣直接設(shè)置在附著至散熱器的單層PC板的各部分之間的散熱器表面上，從而從組件的相對(duì)兩側(cè)面延伸出來的電引線放置在位于各相鄰PC板部分的表面上形成的導(dǎo)電區(qū)域的上面。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，各組件引線用一個(gè)或多根可變形的焊絲連接到對(duì)應(yīng)的PC板區(qū)域。除了將組件引線電連接到相應(yīng)的PC板部分外，焊絲共同地將組件按這樣的方式固定在散熱器上允許在各凸緣與散熱器表面之間響應(yīng)于熱應(yīng)力而發(fā)生橫向移動(dòng)。
正如對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能清楚理解的，后面將呈現(xiàn)其它的和進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖示出了本發(fā)明的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，為了便于圖示，不同的實(shí)施例中的類似元件用相同的參考數(shù)字表示，其中圖1是第一種現(xiàn)有技術(shù)安裝結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中IC組件用焊接或其它的方法連接到散熱器上；圖2是第二種現(xiàn)有技術(shù)安裝結(jié)構(gòu)的部分剖開的側(cè)視圖，其中用安裝螺釘直接將IC組件連接到散熱器上；圖3是第三種現(xiàn)有技術(shù)安裝結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中單個(gè)固位螺釘和從其延伸的固位條用來固定IC組件到散熱器上；圖4是第四種現(xiàn)有技術(shù)安裝方案的側(cè)視圖，其中一對(duì)固位螺釘和從其延伸的固位條用來固定IC組件到散熱器上；圖5是安裝IC組件到散熱器上的又一種結(jié)構(gòu)的部分剖開的側(cè)視圖，其中一個(gè)彈生的帶狀固位彈簧固定在組件的保護(hù)殼的中心并且由一對(duì)從散熱器凸出的相對(duì)壁保持就位；圖6是焊接到散熱器上的IC組件的部分剖開的側(cè)視圖，其中，相鄰PC板上的導(dǎo)電表面引線通過現(xiàn)有技術(shù)的焊接連接方式連接至從組件延伸出來的各引線；圖7是一種優(yōu)選的功率晶體管組件的頂視圖，它是通過多根可變形的焊絲連接從組件延伸出來的各引線到附著至散熱器的相鄰PC板部分的導(dǎo)電區(qū)域，而連接到散熱器上的；圖8是圖7所示結(jié)構(gòu)的部分剖開的側(cè)視圖。
參照?qǐng)D7，功率晶體管組件110放置在散熱器112上，處于附著至散熱器112上的單層PC板的第一部分和第二部分113和114之間。該晶體管組件110包括附著在一側(cè)130上的第一組多根引線117、119和121，以及附著到第二側(cè)132上的第二組多根引線137、139和141。具體地說，該組件10如此安置在散熱器112上第一側(cè)130上的電引線117、119和121在第一PC板部分113的表面上形成的對(duì)應(yīng)導(dǎo)電區(qū)域116、118和120的上面延伸，而相反側(cè)132上的電引線137、139和141在第二PC板部分114的表面上形成的導(dǎo)電區(qū)域136、138和140的上面延伸。
在優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電區(qū)域116、118、120、136、138和140是這樣形成的通過選擇地除去第一和第二PC板部分113和114的導(dǎo)電的(即金屬的)頂表面的部分，從而暴露下面的介質(zhì)材料115。介質(zhì)材料115的暴露區(qū)域起到限定各個(gè)導(dǎo)電區(qū)域116、118、120、136、138和140的非導(dǎo)電邊界的作用。
晶體管組件引線117、119、121、137、139和141，通過多根相應(yīng)的彈性導(dǎo)電焊絲122、124、126、142、144和146連接到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電的PC板區(qū)域116、118、120、136、138和140。焊絲122、124、126、142、144和146最好是由適合的材料，例如鋁、金或鋁合金制成的，它們將組件引線117、119、121、137、139和141電連接到相應(yīng)的導(dǎo)電PC板區(qū)域116、118、120、136、138和140，同時(shí)共同地固定組件110到散熱器112上。
更具體地說，相應(yīng)的多根焊絲122、124、126、142、144和146在一端焊接到相應(yīng)的導(dǎo)電PC板區(qū)域116、118、120、136、138和140，而在另一端焊接在相應(yīng)組件引線117、119、121、137、139和141上。各焊絲優(yōu)選通過常規(guī)的方法連接到相應(yīng)的導(dǎo)電區(qū)域和組件引線，常規(guī)方法例如公知的超聲絲焊技術(shù)。
從圖8可以清楚地看到，按箭頭150所指的方向，金屬絲的彈性提供了對(duì)相應(yīng)組件引線的作用力，從而將晶體管組件110下面的安裝凸緣152直接壓在散熱器112上。由于組件凸緣152沒有固定位置，所示的安裝結(jié)構(gòu)允許組件110相對(duì)于散熱器112橫向移動(dòng)，如箭頭128所示，從而避免了否則可能產(chǎn)生的任何熱應(yīng)力。另外，使用焊絲將組件引線117、119、121、137、139和141連接到相應(yīng)PC板導(dǎo)電區(qū)域116、118、120、136、138和140上的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要焊接。
因此，優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)披露了將IC組件固定在散熱器上的改進(jìn)安裝結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的的實(shí)施例和應(yīng)用，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思的情況下，可能有很多改進(jìn)和應(yīng)用。
因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)內(nèi)容限制。
權(quán)利要求
1．一種電組合件，包括一個(gè)集成電路組件，它包括安裝凸緣和電引線，電引線固定在組件上并從組件延伸出去；一個(gè)散熱器，安裝凸緣直接接觸該散熱器；一個(gè)導(dǎo)電表面，它附著在散熱器上鄰近集成電路組件；和多根彈性的導(dǎo)電的金屬絲，它們?cè)谝欢诉B接到導(dǎo)電表面，在另一端連接至電引線，金屬絲固定安裝凸緣到散熱器上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電組合件，其中，導(dǎo)電表面包括單層PC板。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的電組合件，其中，安裝凸緣相對(duì)于散熱器可以橫向移動(dòng)。
4．一種電路組合件，包括一個(gè)集成電路組件，它包括一個(gè)安裝凸緣，連接到該組件第—側(cè)和從該第一側(cè)延伸出來的第一電引線，和連接到該組件第二側(cè)和從該第二側(cè)延伸出來的第二電引線；一個(gè)散熱器，安裝凸緣直接與該散熱器接觸；第一導(dǎo)電表面，它附著在散熱器上，鄰近組件第—側(cè)；第二導(dǎo)電表面，它附著在散熱器上，鄰近組件第二側(cè)；第一組多根彈性的導(dǎo)電的金屬絲，它們?cè)谝欢诉B接至第一導(dǎo)電表面，在另一端連接至第一電引線；和第二組多根彈性的導(dǎo)電的金屬絲，它們?cè)凇诉B接至第二導(dǎo)電表面，在另一端連接至第二電引線；第一組和第二組多根金屬絲可移動(dòng)地將安裝凸緣固定在散熱器上。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的電組合件，其中，第一和第二導(dǎo)電表面各自包括一單層PC板。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的電組合件，其中，安裝凸緣相對(duì)于散熱器可橫向移動(dòng)。
全文摘要
IC組件的導(dǎo)熱的安裝凸緣直接設(shè)置在散熱器表面上,處于附著至散熱器的單層PC板的相應(yīng)部分之間,使得從組件的兩側(cè)延伸出來的引線位于相應(yīng)的相鄰PC板部分上形成的對(duì)應(yīng)導(dǎo)電區(qū)域上。通過一根或多根可變形的焊絲,相應(yīng)組件引線各自連接至對(duì)應(yīng)PC板區(qū)域。除了將組件引線電連接至相應(yīng)PC板部分之外,焊絲共同地固定組件到散熱器上,允許在各凸緣與散熱器表面之間響應(yīng)于熱應(yīng)力而發(fā)生橫向移動(dòng)。
文檔編號(hào)H01L23/367GK1299520SQ99804454
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月3日
發(fā)明者L·C·萊頓, T·W·莫勒爾, B·阿爾 申請(qǐng)人:艾利森公司