[发明专利]将集成电路封装固定到热沉上的导热安装布局

说明书

本发明涉及集成电路封装领域，特别涉及将集成电路封装固定到热沉的安装布局。

集成电路(IC)在从通讯到消耗电子的工业中都有许多用途。例如，通过将一个或多个晶体管单元制造在一个硅晶片上形成功率晶体管IC，通常称做晶体管“芯片”。晶体管芯片贴附(attached)到隔离层上，通常为导热但不导电的陶瓷基片。陶瓷基片自身附着到导热安装法兰盘上。保护性盖固定到法兰盘上，覆盖基片和晶体管芯片，由此形成功率晶体管IC“封装”。

各种导电(例如，薄金属)引线可以附着并从封装延伸出，以便将晶体管芯片的公用端连接到位于例如相邻印制电路(“PC”)板上的其它电路元件上。例如，对于双极结型功率晶体管，贴附到封装的各电引线连接到晶体管芯片的基极、发射极以及集电极。

由于功率晶体管封装在工作期间产生大量的热，因此安装法兰盘的封装下表面通常直接固定到位于PC板下面的金属性的热沉上。例如，单层PC板在各顶部和底部导电表面之间有介质材料层，其中底表面作为参考地。该底面通常用螺钉或焊料连接到下面的金属热沉，所以相对于贴附到PC板上表面的任何电路元件，底面和热沉具有相同的地电位。

现在有几个公知的技术将IC封装固定到热沉表面。例如，如图1所示，示例性的IC封装20可以通过封装安装法兰盘26的底面和热沉22表面之间的焊料连接28固定到热沉22。

虽然这种措施较简单，但与各(通常为金属)安装法兰盘26和热沉22相比，焊接材料28总是有不同的热膨胀系数。因此，安装法兰盘26和热沉22之间的粘结将变弱或甚至被各层之间的热膨胀应力破坏，特别是在每次使用IC封装20期间温度重复变化时。此外，中间粘合材料层28的存在表明法兰盘26和热沉22之间导热的有效性。该措施的另一缺陷是为了拆卸IC封装20用于修理或更换，必须加热整个热沉22以断开焊料粘结28，由此削弱了相同热沉22上的任何其它焊料粘结。

参考图2，代替使用焊料连接，可以用一对螺钉24穿过位于安装法兰盘26各端上的开口将IC封装20固定到热沉22上。参考图3和4，将IC封装固定到热沉上的另一技术是将一个或多个螺钉30插入到热沉22的表面内并伸出在热沉22的表面之上。弹性金属条32由螺钉30延伸出并成形由此将夹持力施加到IC封装20的盖上，从而分配一基本上居中的力将安装法兰盘26“固定”到热沉22上。将IC封装固定到热沉上的另一方法公开并介绍在待审U.S.专利申请S/N08/956,193中，题目为“Mounting Arrangement For Securing AnIntergrated Circuit Package To A Heat Sink”，在这里作为参考引入。这里如图5所示，IC部件封装40的保护性盖50的上表面提供有居中的突起54。形成带形并具有从曲线底面60延伸出的弹性止动弹簧46提供有尺寸与居中的突起54匹配的开口62。

要将IC封装40安装到热沉42上，止动弹簧开口62压缩地匹配到封装盖突起54上，同时IC封装40的安装法兰盘45插在从热沉42上伸出基本上平行的壁44和48之间，由此相对的止动弹簧端56和58以基本上相同但相反的角度从封装盖50延伸出。壁44和48彼此隔开一段距离，由此使相对的止动弹簧端56和58以适中的压力相互挤压，将法兰盘45插向热沉42。

壁44和48每个具有多个切槽64和68，以“棘轮式”凸纹图案基本上平行于热沉42延伸。一旦安装法兰盘45压向热沉42，相对的弹簧端56和58由各壁上的切槽64和68保持在原位。以此方式，弹簧46向封装盖50施加一保持力，由此将安装法兰盘45固定到热沉42上，如箭头70所示。

对于以上图示的将IC封装固定到热沉的方法，一旦IC封装固定到热沉，从封装延伸出的电引线(图1-5中未示出)必须连接到例如位于贴附到热沉的相邻PC板上的各导电面引线或区域。

借助图示参考图6，IC封装80的安装法兰盘86通过常规的焊料焊接84(solder weld)安装在热沉82上。单层PC板88也例如通过与封装80的两侧相邻的螺钉固定到热沉82上。PC板分别包括金属顶面90、介质材料层92以及金属底面94，其中相对于附着到PC板88的顶面的电路元件(未示出)，底面94和贴附的热沉82一起作为参考地。各引线96和98从封装80的相对侧面延伸出并借助各焊料焊接100和102连接到形成在PC板88顶面90的对应导电路径。