将集成电路封装固定到热沉上的容性安装装置 发明领域
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上的安装装置。
背景
集成电路(“ICs”)已大量用于从通信到消费电子学的工业领域。例如，在一般称为晶体管“芯片”的硅晶片上制造一个或多个晶体管单元，由此形成功率晶体管IC。晶体管芯片一般连接到隔离层上，即导热但不导电的陶瓷衬底上。陶瓷衬底本身连接到导热的安装凸缘(flange)上。保护盖固定于该凸缘上，覆盖衬底和晶体管芯片，从而形成功率晶体管IC“封装”。
各种导电(即薄金属)引线可连接到封装上并从封装延伸出来，以便将晶体管芯片的公共端连接到位于相邻印刷电路(“PC”)板上的其它电路元件。例如，对于双极结型功率晶体管，连接于封装上的各电引线连接到晶体管芯片的基极、发射极和集电极。
由于功率晶体管封装在工作期间产生大量的热，因而封装安装凸缘的下表面通常直接固定到PC板下面的金属热沉上。例如，单层PC板具有在各上下导电表面之间的介电材料层，其中下表面用作参考地。通常利用螺钉或焊料将该下表面连接到下面的金属热沉上，因而相对于连接到PC板上表面的任何电路元件来说，下表面和热沉具有相同地地电位。
有几种将IC封装固定于热沉表面上的公知技术。例如，如图1所示，利用封装安装凸缘26下表面与热沉22表面之间的焊料焊缝28可将示例性的IC封装20固定到热沉22上。
尽管该方法相对简单，但焊料焊接材料28将总是具有与各(一般为金属)安装凸缘26和热沉22不同的膨胀系数。结果，尤其是在IC封装20的各应用期间温度重复改变时，安装凸缘26与热沉22之间的接合变弱，或者甚至由于各层之间的热膨胀应力而毁坏。并且，插入的接合材料层28的存在可使凸缘26与热沉22之间的导热率降低。该方法的再一个缺点是，为了移去IC封装20以进行修理或进行替换，必须对整个热沉22进行加热使焊料接合28破裂，从而使得在相同热沉22上的任何其它的焊料接合变弱。
参照图2，作为代替焊料连接的供选择的实例，利用穿过安装凸缘26各端部上开口的一对螺钉24可将IC封装20固定到热沉22上。参照图3和4，将IC封装固定到热沉上的另一种技术是将一个或多个螺钉30插入热沉22的表面并突出于其上。弹性金属带32从螺钉30延伸并被成形，以便对IC封装20的盖施加夹紧力，从而将大体居中的力分布，使安装凸缘26“固定”在热沉22上。
图5中示出将IC封装固定到热沉上的又一个方法。特别是，IC部件封装40的保护盖50的上表面52配有居中的突出物54。形成为带状且具有从曲线形下表面60延伸的相对端部56和58的弹性保持弹簧46配有其尺寸与居中突出物54配合的开口62。
为了将IC封装40安装到热沉42上，当IC封装40的安装凸缘45被插入从热沉42突出的大体平行的壁44和48之间时，保持弹簧开口62被压紧配合在封装盖突出物54上，使得相对的保持弹簧端部56和58大体相同但按相反的角度从封装盖50伸出。壁44和48彼此相距的距离恰好使相对的保持弹簧端部56和58随着凸缘45插向热沉42而彼此适度压缩。
壁44和48分别配有各自的按“棘齿型”起伏且大体平行于热沉42延伸的多个槽口64和68。一旦安装凸缘45压向热沉42，那么相对的弹簧端部56和58由各自壁的槽口64和68而保持在原位。以这种方式，如箭头70所示，弹簧46对封装盖50施加保持力，从而将安装凸缘45固定到热沉42上。
采用上述将IC封装固定到热沉上的任何方法，只要IC封装被固定到热沉上，那么从封装伸出的电引线(图1-5中未示出)都必须连接到例如位于固定在热沉上的相邻PC板的各导电表面引线或区域。
参照图6，借助图示，利用常规焊料焊缝84将IC封装80的安装凸缘86安装在热沉82上。例如通过封装80两侧相邻的螺钉(未示出)，单层PC板88还被固定到热沉82上。PC板分别包括金属上表面90、介电材料层92和金属下表面94，其中相对于连接到PC板88上表面的电路元件(未示出)，下表面94和连接的热沉82共同用作参考地。各引线96和98从封装80的相对侧延伸并通过各自的焊料焊缝100和102连接到形成于PC板88上表面90上的相应导电通路。
如同参照图1所述的在各封装凸缘(28)与热沉(22)之间使用焊料焊接连接的问题那样，焊料焊接连接100和102也有因焊料材料、导电表面90和各个(金属)引线96和98之间的不同热膨胀系数引起的问题。特别是，在反复加热和冷却之后，焊料材料可结晶化，引起焊接100和102变弱和/或失效，各引线96和98抬起并与PC板88的表面90分开。
因此，期望提供一种将IC部件封装固定到热沉上的改进装置，由此可取消焊料焊缝。
发明概述
本发明提供一种将IC部件封装固定到热沉上的改进装置，其中以这种方式，能提供从封装延伸到相邻PC板表面上的各导电通路的引线的非焊料连接。
在优选实施例中，在连接到热沉上的单层PC板的各部分之间的热沉表面上直接放置IC封装的导热安装凸缘，以便从封装的相对侧延伸的电引线设置在各相邻PC板部分的表面上形成的相应导电区域上。按照本发明的总体方案，利用各个锁紧螺钉，引线与导电区域电耦连。
特别是，第一锁紧螺钉分别穿过第一隔离垫圈、第一封装引线和第一导电区域固定到热沉上。第二锁紧螺钉分别穿过第二隔离垫圈、第二封装引线和第二导电区域固定到热沉上。第一和第二隔离垫圈最好是适当的介电材料。
螺钉足够紧地固定在隔离垫圈上以便将各封装引线压至与导电区域形成固态电接触。为了避免引线和/或导电区域通过锁紧螺钉与热沉短路，切掉在锁紧螺钉周围的各引线和导电区域的部分以防止电接触。
在另一个优选实施例中，利用封装引线锁紧螺钉，还可对将IC封装固定到热沉安装凸缘上的保持弹簧的各端部加以固定，以便螺钉将封装固定到热沉上和将封装引线压至与各导电区域形成固态电接触。
这样，本发明的总目的是取消对IC封装引线与各导电区域的基于焊料的连接的需要，从而降低引线的热应力和应变。另一个优点是，介电隔离垫圈连同各锁紧螺钉和封装引线一起用作一对电容器，这有助于各封装引线与导电PC板区域的阻抗匹配。
正如本领域的技术人员在现有技术中所知的那样，以下将明了其它和进一步的目的和优点。
附图的简要说明
附图展示本发明的设计和应用，其中为了简化的目的，用相同的参考标号表示不同实施例中的相同元件，附图中：
图1是第一现有技术安装装置的侧视图，其中IC封装被焊接或以其它方式接合到热沉上；
图2是第二现有技术安装装置的局部剖切的侧视图，其中用安装螺钉将IC封装直接连接到热沉上；
图3是第三现有技术安装装置的侧视图，其中使用单保持螺钉和从其延伸的保持带将IC封装固定到热沉上；
图4是第四现有技术安装装置的侧视图，其中使用一对保持螺钉和在其间延伸的保持带将IC封装固定到热沉上；
图5是将IC封装安装到热沉上的又一个装置的局部剖切的侧视图，其中有弹性的带状保持弹簧被固定到封装保护盖的中心并利用从热沉突出的一对相对壁来保持原位；
图6是接合到热沉上的IC封装焊料的局部剖切的侧视图，由此相邻PC板上的导电表面引线与从封装延伸的各引线通过现有技术的焊料焊缝进行连接；
图7是第一优选电组件的局部剖切的侧视图，包括按照本发明的固定到热沉上的IC封装；
图8是图7的IC封装的俯视图，其中在IC封装下面的安装凸缘独立地固定到热沉上；
图9是图7的IC封装的俯视图，其中在IC封装下面的安装凸缘非独立地固定到热沉上；和
图10是第二优选电组件的局部剖切的侧视图，包括按照本发明的固定到热沉上的IC封装。
优选实施例的详细说明
参照图7，作为优选电组件的一部分107，在连接于热沉112的单层PC板的第一部分113和第二部分114之间的热沉112上设置安装凸缘115，凸缘115在功率晶体管封装110的下面。各PC板部分113和114分别包括导电金属上表面116、介电材料中间层120和导电金属下表面118，相对于连接到导电上表面116的电路元件(未示出)来说，下表面118和相连接的热沉112共同用作参考地。
功率晶体管封装110包括在第一PC板部分113的上表面116上延伸的第一电引线122，和在第二PC板部分114的上表面116上延伸的第二电引线124。封装引线122和124通过各锁紧螺钉126和128与各PC板部分113和114的导电表面116电耦连。
特别是，分别穿过第一介电隔离垫圈130、第一封装引线122和第一PC板部分113使锁紧螺钉126紧固到热沉112中。分别穿过第二介电隔离垫圈132、第二封装引线124和第二PC板部分114使锁紧螺钉128紧固到热沉112中。螺钉126和128最好足够紧地紧固到绝缘垫圈130和132上，以便垫圈将各封装引线122和124压至与各PC板部分113和114的导电上表面116形成固态电接触。
为了避免引线122/124和/或导电上表面116通过螺钉126/128与热沉112短路，切掉各螺钉126和128周围的封装引线122和124以及PC板部分113和114的导电上表面116以防止电接触。隔离垫圈130和132最好由良好的导热体构成以便通过各螺钉126和128从封装引线122和124把热散至热沉112。这样的材料实例包括如氧化铍和氮化铝之类的介电材料。
在组件107中采用的封装引线连接的优点在于：取消了在各封装引线122和124与PC板部分113和114的导电表面116之间的焊料连接，从而减小了引线的热应力和应变。
另一个优点是：介电隔离垫圈130和132连同各螺钉126/128以及封装引线122/124一起提供一对电容器，从而有助于封装引线122/124与各导电表面116区域之间的阻抗匹配。尤其是，根据介质隔离垫圈130/132的硬度，螺钉126和128可分别用作微调器，即通过各螺钉的相对拧紧程度来调整各垫圈130/132的电容。
如图8所示，利用常规安装螺钉134和136，封装安装凸缘115可独立地固定到热沉112上。或者，如图9所示，封装安装凸缘115不必独立地固定到热沉112上，而代之以利用引线连接螺钉126和128足够牢固地加以固定，即其中足够紧地固定螺钉126和128，以便在凸缘115与热沉112之间维持良好的热接触。
参照图10，作为第二优选电组件的一部分137，在连接于热沉142的单层PC板的第一部分143和第二部分144之间，在该热沉142上设置安装凸缘145，凸缘145在功率晶体管封装140的下面。
各PC板部分143和144分别包括导电金属上表面146、介电材料中间层150和导电金属下表面148，相对于连接到导电上表面146的电路元件(未示出)来说，下表面148和相连接的热沉142共同用作参考地。
功率晶体管封装140包括在第一PC板部分143的上表面146上延伸的第一电引线152，和在第二PC板部分144的上表面146上延伸的第二电引线154。封装引线152和154通过各锁紧螺钉156和158与各PC板部分143和144的导电表面146电耦连。
特别是，分别穿过保持弹簧164的第一端部166、第一隔离垫圈160、第一封装引线152和第一PC板部分143使锁紧螺钉156紧固到热沉142中。分别穿过保持弹簧164的第二端部168、第二隔离垫圈152、第二封装引线154和第二PC板部分144使锁紧螺钉158紧固到热沉142中。再有，隔离垫圈160和162最好由诸如氧化铍和氮化铝之类的良好导热体构成，以便通过各螺钉156和158从封装引线152和154把热散至热沉142。
螺钉156和158最好足够紧地紧固到保持弹簧端部166和168上，以便通过保持弹簧端部164施加的力(如箭头170所示)使封装凸缘145固定到热沉表面142，并对隔离垫圈160和162施加足够的力，以将各封装引线152和154压至与各PC板部分143和144的导电上表面146形成固态电接触。
为了避免引线152/154和/或导电上表面146通过螺钉156/158与热沉142短路，最好在组件中切掉在各螺钉156和158周围的封装引线152和154以及PC板部分143和144的导电上表面146以防止电接触。
如同组件107那样，组件137取消了在封装引线152和154与PC板部分143和144的导电表面116之间的焊料连接，提供了将晶体管封装140固定到热沉142的装置。并且，隔离垫圈160和162连同各螺钉156/158以及封装引线152/154一起用作一电容器(由保持弹簧164桥接)，这有助于使功率晶体管封装140稳定。
这样，公开了将IC封装固定到热沉上的改进安装装置的优选实施例。尽管已展示和描述了本发明的实施例和应用，但本领域的技术人员懂得，在不脱离本发明构思的情况下，可以进行许多进一步的改进和应用。
作为一个非限制性的实例，也可用例如夹子或销钉之类的非螺钉装置将封装引线压至与相邻PC板部分的导电表面区域形成电接触。
因此，本发明的范围仅由所附权利要求书来限定。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1．一种电组件，包括：
具有所连接的电引线的集成电路封装；
热沉；
连接于与集成电路封装相邻的热沉上的印刷电路板，印刷电路板具有导电表面；和
固定到邻近于电引线的热沉上的保持器，保持器使引线与导电表面电耦连。
2．如权利要求1的电组件，其中保持器包括一螺钉。
3．如权利要求2的电组件，其中通过电引线的一部分将螺钉固定到热沉上。
4．如权利要求1的电组件，还包括设置在保持器和电引线之间的电隔离器。
5．如权利要求4的电组件，其中保持器包括一螺钉，隔离器包括一介电垫圈。
6．如权利要求5的电组件，其中通过电引线的一部分将螺钉固定到热沉上，介电垫圈设置在螺钉的头部与电引线之间。
7．如权利要求6的电组件，其中电引线具有使螺钉穿过的开口，该开口足够大，以防止电引线与螺钉之间的电接触。
8．如权利要求1的电组件，其中保持器将集成电路封装固定到热沉上。
9．一种电路组件，包括：
集成电路封装；
第一电引线，其连接于封装的第一侧且从其延伸；
第二电引线，其连接于封装的第二侧且从其延伸；
热沉；
连接于与集成电路封装相邻的热沉上的印刷电路板，该印刷电路板具有与封装的第一侧相邻的第一导电表面和与封装的第二侧相邻的第二导电表面；
固定在邻近于第一电引线的热沉上的第一保持器，第一保持器使第一电引线与第一导电表面电耦连；和
固定在邻近第二电引线的热沉上的第二保持器，第二保持器使第二电引线与第二导电表面电耦连。
10．如权利要求9的电组件，其中第一和第二保持器分别包括一螺钉。
11．如权利要求9的电组件，还包括设置在第一保持器和第一电引线之间的第一隔离器，和设置在第二保持器和第二电引线之间的第二隔离器。
12．如权利要求9的电组件，还包括具有第一和第二端部的保持弹簧，第一保持器固定第一保持弹簧端部，第二保持器固定第二保持弹簧端部，保持弹簧将封装固定到热沉上。