專利名稱：集成電路組件絲焊安裝至散熱器的技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路組件的領域，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。
集成電路(IC)在從通信到消費電子的工業領域中廣泛使用。例如，在通常稱作晶體管基片(chip)的硅片上制造一個或多個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，絕緣層一般是導熱但不導電的陶瓷襯底。陶瓷襯底本身安裝在一個導熱的安裝凸緣上。覆蓋該襯底和晶體管基片的保護外殼固定在凸緣上，從而構成了功率晶體管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，對于雙極性結型功率晶體管，固定在組件上的各個導電引線分別地連接到晶體管基片上的基極、發射極和集電極。
由于功率晶體管組件在工作時產生大量的熱量，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板在頂和底導電表面間有非導電的介質材料，其中底表面用作參考地(電平)。這個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。例如，如
圖1所示，一個典型的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。結果，由于相應層間的熱膨脹應力，具體地說，當IC組件20每次使用期間經受溫度的重復變化時，安裝凸緣26和散熱器22間的結合將變脆弱，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間的導熱效率。這種方法還有另外一個缺點，即，為了修理或更換而拆卸IC組件20時，整個散熱器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弱。
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是，將一個或多個螺釘30插入散熱器22的表面。彈生的金屬條32從螺釘30處延伸，使其成形能夠將一個夾持力加到IC組件20的外殼上，由此配置一個大致居中的力，這個力使安裝凸緣26固定在散熱器22上。
還有申請號為S/N 08/956193、名稱為“固定集成電路組件到散熱器上的安裝結構”的待審美國專利申請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的保護殼50的上表面52設有一個中心凸起54。形成為條形并具有從曲線底面60延伸的相對端56和58的彈生固位彈簧46設有一個開口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，固位彈簧開口62與組件外殼凸起54壓配合，這樣，相對的固位彈簧端56和58基本相同地從組件外殼50向遠處延伸，不過是以相反的角度。壁44和48彼此的距離正好使得當凸緣45插入并頂在散熱器42上時，相對的固位彈簧端56和58產生彼此間適度的壓縮。
壁44和48每個上都有多個凹槽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，相對的彈簧端56和58就由相應壁凹槽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)就必須連接到相應導電表面引線或區域，例如位于安裝至散熱器的相鄰PC板上的引線或區域。
參照圖6，通過常規的焊接部分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的兩側的螺釘(未示出)。PC板包括金屬頂表面90、介質材料層92和金屬底表面94，其中，對于焊接在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的相對兩側延伸的引線96和98通過相應焊接部分100和102連接到PC板88的頂表面90上形成的對應導電路徑。
至于上面結合圖1描述的在相應組件凸緣(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、導電表面90和各(金屬)引線間的不同的熱膨脹系數，焊接部分100和102容易出現問題。尤其是，在重復加熱和冷卻以后，焊接材料可以結晶，使得焊接部分100和102變脆和/或失效，導致各引線96和98抬起并與PC板88的表面90分離。
因此，希望提供改進的結構來固定IC元件組件至散熱器，由此免除焊接。
本發明提供了一種固定IC組件到散熱器上的改進結構，該結構提供了將從組件延伸出來的引線到位于相鄰的PC板表面上的相應導電路徑的非焊接連接。
在優選實施例中，IC組件的導熱的安裝凸緣直接設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，從而從組件的相對兩側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電區域的上面。根據本發明的第一方面，各組件引線用一個或多根可變形的焊絲連接到對應的PC板區域。除了將組件引線電連接到相應的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于熱應力而發生橫向移動。
正如對于本領域的普通技術人員能清楚理解的，后面將呈現其它的和進一步的目的和優點。
附圖示出了本發明的設計和應用，為了便于圖示，不同的實施例中的類似元件用相同的參考數字表示，其中圖1是第一種現有技術安裝結構的側視圖，其中IC組件用焊接或其它的方法連接到散熱器上；圖2是第二種現有技術安裝結構的部分剖開的側視圖，其中用安裝螺釘直接將IC組件連接到散熱器上；圖3是第三種現有技術安裝結構的側視圖，其中單個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是第四種現有技術安裝方案的側視圖，其中一對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構的部分剖開的側視圖，其中一個彈生的帶狀固位彈簧固定在組件的保護殼的中心并且由一對從散熱器凸出的相對壁保持就位；圖6是焊接到散熱器上的IC組件的部分剖開的側視圖，其中，相鄰PC板上的導電表面引線通過現有技術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板部分的導電區域，而連接到散熱器上的；圖8是圖7所示結構的部分剖開的側視圖。
參照圖7，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130上的第一組多根引線117、119和121，以及附著到第二側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的表面上形成的對應導電區域116、118和120的上面延伸，而相反側132上的電引線137、139和141在第二PC板部分114的表面上形成的導電區域136、138和140的上面延伸。
在優選實施例中，導電區域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的導電的(即金屬的)頂表面的部分，從而暴露下面的介質材料115。介質材料115的暴露區域起到限定各個導電區域116、118、120、136、138和140的非導電邊界的作用。
晶體管組件引線117、119、121、137、139和141，通過多根相應的彈性導電焊絲122、124、126、142、144和146連接到對應的導電的PC板區域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電連接到相應的導電PC板區域116、118、120、136、138和140，同時共同地固定組件110到散熱器112上。
更具體地說，相應的多根焊絲122、124、126、142、144和146在一端焊接到相應的導電PC板區域116、118、120、136、138和140，而在另一端焊接在相應組件引線117、119、121、137、139和141上。各焊絲優選通過常規的方法連接到相應的導電區域和組件引線，常規方法例如公知的超聲絲焊技術。
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相應組件引線的作用力，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，所示的安裝結構允許組件110相對于散熱器112橫向移動，如箭頭128所示，從而避免了否則可能產生的任何熱應力。另外，使用焊絲將組件引線117、119、121、137、139和141連接到相應PC板導電區域116、118、120、136、138和140上的至少一個優點是不需要焊接。
因此，優選實施例已經披露了將IC組件固定在散熱器上的改進安裝結構。盡管已經圖示和描述了本發明的的實施例和應用，但本領域的普通技術人員將能理解，在不脫離本發明的構思的情況下，可能有很多改進和應用。
因此，本發明的范圍僅由所附權利要求的實質內容限制。
權利要求
1．一種電組合件，包括一個集成電路組件，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；一個散熱器，安裝凸緣直接接觸該散熱器；一個導電表面，它附著在散熱器上鄰近集成電路組件；和多根彈性的導電的金屬絲，它們在一端連接到導電表面，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．根據權利要求1的電組合件，其中，導電表面包括單層PC板。
3．根據權利要求1的電組合件，其中，安裝凸緣相對于散熱器可以橫向移動。
4．一種電路組合件，包括一個集成電路組件，它包括一個安裝凸緣，連接到該組件第—側和從該第一側延伸出來的第一電引線，和連接到該組件第二側和從該第二側延伸出來的第二電引線；一個散熱器，安裝凸緣直接與該散熱器接觸；第一導電表面，它附著在散熱器上，鄰近組件第—側；第二導電表面，它附著在散熱器上，鄰近組件第二側；第一組多根彈性的導電的金屬絲，它們在一端連接至第一導電表面，在另一端連接至第一電引線；和第二組多根彈性的導電的金屬絲，它們在—端連接至第二導電表面，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地將安裝凸緣固定在散熱器上。
5．根據權利要求4的電組合件，其中，第一和第二導電表面各自包括一單層PC板。
6．根據權利要求4的電組合件，其中，安裝凸緣相對于散熱器可橫向移動。
全文摘要
IC組件的導熱的安裝凸緣直接設置在散熱器表面上,處于附著至散熱器的單層PC板的相應部分之間,使得從組件的兩側延伸出來的引線位于相應的相鄰PC板部分上形成的對應導電區域上。通過一根或多根可變形的焊絲,相應組件引線各自連接至對應PC板區域。除了將組件引線電連接至相應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于熱應力而發生橫向移動。
文檔編號H01L23/367GK1299520SQ99804454
公開日2001年6月13日 申請日期1999年3月29日 優先權日1998年4月3日
發明者L·C·萊頓, T·W·莫勒爾, B·阿爾 申請人:艾利森公司