本发明涉及用于散去来自诸如混合式集成电路（HIC）之类的电子电路元件的可变化热量的散热器。 混合式集成电路通常包括诸如集成电路（IC）芯片的有源芯片，或一些在工作期间不是产生热就是易受由HIC的其它元件所产生的热量影响的其它元件或器件。其中某些元器件可能因热而易于引起工作性能的种种变化或造成诸如变形、脱开、断线、破裂等其它热损坏。这些有害影响在元件密集的电路中更为显着。因此，最好是对至少某些元件配置高导热性的金属散热器，以吸取和传走其中的热量，去除其过量的热。在某些情况下，最好能去除可变化的热量。例如，当一个元器件在某一温度下按程序工作或当电路工作于寒冷环境下时，则去除过量的热可能对该元器件的操作特性产生有害的影响。因此，最理想的是只有当该元器件超出正常工作温度的某温度值时再去除热。
1983年10月4日授予A.D.Calabro的美国专利4，408，220号公开了一种耗热装置（散热器）的结构，该结构包括由一中间金属段连接的顶部和底部金属板，这种结构的构成使其能可滑动地安装在一IC组件上，而该组件是安装在诸如印刷电路板之类地支承底座上的。该散热器的顶板弹性地连接到所述中间段，并当就位时接触一块为若干这样的散热器公用的散热板。然而，随着制造与装配过程的进一步小型化和自动化，这样一种机械式固定的散热器是难以实际应用的。再说，这种散热器也不是为将IC的可变化的热量传递到散热器件上而设计的。
因此，人们期望对HIC配置一种装在诸如芯片之类的元件或某些其它器件上的散热器，这种散热器能根据元器件或环境的相应的温度变化将不同量的热能传递到散热件或耗热器上，以便稳定HIC的工作温度。
本发明是一种诸如混合式集成电路（HIC）之类的电子电路，该电路具有安装在一适宜支承底座上的元件及装在该元件上的散热器。还有一个与支承底座间隔开的散热件。该散热器有一底部和至少一个用于将热能传到散热件的凸缘。所述底部固定在所述元件上。每个凸缘包括从散热器底部伸向散热件的直立段、背离散热件弯曲的自由端段、和介于所述直立段和自由端段之间并靠近散热件的弯折段。每个凸缘还设置一个热敏感部件，下文称之为“热动开关”。该开关构成直立段的一部分，并根据是否存在有一定量的热量而使散热器的自由端段分别朝向或背离散热件移动，从而造成与散热件有较大或较小的接触面积。这个热动开关可以几种方式成形，包括将某种具有不同于凸缘的热膨胀系数的金属嵌入凸缘的直立段中或将这类金属附装到直立段上的成形方式。
图1是根据本发明构成的典型装置的一种类型的剖面图。
图2是根据本发明构成的上述典型装置的另一类型的剖面图。
图3是图1所述装置配置了热平衡嵌入件后的剖面图。
图4是图2所述装置配置了热平衡嵌入件后的剖面图。
附图中，标号1表示诸如混合式集成电路之类（仅示出一部分）的典型电子电路。标号2表示由合适材料制成的支承底座，这类材料有诸如陶瓷、半导体材料（如硅）、玻璃、塑料（如环氧树脂）、玻璃纤维强化的环氧树脂、涂树脂的金属（如环氧树脂涂敷后的铝）、模制电路板和其它传统的适用材料等。标号3表示安装在所述支承底座上的元件或器件。在一典型实施例中，元件3是诸如集成电路（IC）芯片之类的有源半导体芯片。该芯片以称之为“倒装片”的方式安装在所述支承底座上，并在芯片上的电路（未示出）与支承底座上的导线和焊点（未示出）之间呈导电性接触。芯片以传统方式固定在支承底座上，例如借助焊接、合金化、金共晶粘接、导电胶连接等等。
由标号4概括表示的散热器固定在芯片的上表面即非工作表面上，也就是对着面向支承底座的芯片表面的反面。另一方面，支承底座事实上可为热动开关的底板，而这时IC芯片的自由工作表面可为连接到引线架的导线。该散热器是由适当的金属或合金制成的，例如铝、铜、镍、它们的合金、黄铜、青铜、不锈钢等。还可采用贵金属及其合金，如金，钯，铂或银等。
该散热器具有固定到芯片上的底部6和至少一个凸缘8，该凸缘8用以将热量传到一个离支承底座2有一定距离的散热件7上。在这个典型实施例中，散热器呈U形构型，并至少有两个凸缘8。每个凸缘包括从底部6伸出的直立段9、自由端段10和弯折段11。散热器的底部6通过适当的方式，例如用具有适宜的温度和工作性能的粘结剂12，固定到芯片3的上表面即非工作表面上。每个凸缘8的自由端段10可与各自的直立段9成一锐角，使每个自由端13通常指向支承底座2。每个凸缘的弯折段11处于散热件7的附近或与其接触。散热件7也是由高导热性金属制成的，例如铝、铜、镍、它们的合金、黄铜、青铜、不锈钢等，以便从散热器吸取热量并将其传导或耗散至周围环境中。散热件可以是一块为此目的而专门设置的板，或者是封闭HIC的外壳的一部分。
每个凸缘8都设有一个热动开关，它可自动地控制自由段10与散热件7之间的接触面积，并能响应一个温度预选值而使二者处于最大接触状态中。该热动开关最好设在底部6和弯折段11之间，但也可将其放在散热器的某些其它位置上，例如也可以装在各自的自由端段10上。热动开关设计成使自由端段10能从其与散热件呈小于45°的锐角的通常位置向散热件7移动。视乎其工作状况及环境温度，该自由端段或是移向与散热件接触的位置，或是背离散热件而移向其通常位置。
该热动开关是由两种金属和/或合金组成，这两种金属和/或合金具有不同的热膨胀系数（TCE），从而构成了一种双金属元件。这种结构的材料可从市场上购得，然后按照温度、结构和材料特性的要求进行预处理。某些合适材料在32°F至212°F温度范围内的热膨胀系数（α）示于下表中：
表1
金属 α（ppm/°F） 金属 α（ppm/°F）
Al（铝） 11.5-13.7 Kovar（柯伐） 3.3
Cu（铜） 9.3 Monel（蒙乃尔） ～15
Ag（银） 10.5-10.6 不锈钢416 9.9
An（金） 7.9 不锈钢303 17.4
Pt（铂） 5.0 铝合金 ～23
Pd（钯） 6.5 Phosporbronze 9.9
Ni（镍） 7.1 Invar（殷钢） 0.8-0.9
黄铜 9.8-11
热动开关可以各种方式构成。例如，在图1所示方案中，TCE值为α1的金属埋入件16埋入TCE值为另一值α2的金属直立段9中;在图2所示的另一方案中，将有所述TCE值α1的金属薄板17以通常的方式附装在有所述另一TCE值α2的直立段9上，例如通过焊接、合金化或粘接（例如借助环氧树脂合成物）等方式。用一对金属构成热动开关的一个例子是用铝作散热器和用殷钢作埋入件。亦可使用包括柯伐、蒙乃尔和镍的埋入件。其它方式可包括一个可埋入或附装在直立段9上的双金属复合件。
在图1和图2中所示的两个实施例中，埋入件16或薄板17的TCE值α1是小于直立段9的材料的TCE值α2的（α1＜α2）。这种TCE值的差异一旦在温度升高时就会导至直立段9的金属膨胀甚于埋入件16（或薄板17）的膨胀，于是引起自由端13向散热件7移动。通过适当选择两种金属各自的TCE值以及具有较小TCE的金属的各实际尺寸，便有可能预选散热器对某一温度值的灵敏度。
热动开关可以适当的预选方案而配置在散热器上。例如，它们可如图2所示均置于各自直立段9的外侧，或均置于直立段的内侧（未示出），也可置于每个直立段的同一侧，例如象图1中所示的均在右侧，或者均在左侧（未示出），且一个凸缘的自由端与另一凸缘的自由端方向相反。
埋入件16或薄板17相对于散热器的定位决定了各自由端13应面对的方向和/或对增大的热流量的敏感程度。对于TCE值α1＜α2的情况，薄板17的位置若在散热器的外侧（如图2所示），则自由端13应均在散热器的内侧。同样，若两个埋入件16均在散热器的外侧，则也应如此。当埋入件16或薄板17均在散热器内侧并且α1＜α2，则自由端13应面向散热器外。其它配置要不就属于图1所示的构形，要不就是当埋入件16或薄板17处于与图1所示相反的构形（未示出）时自由端处于与其相反的位置。同样，当各TCE值的关系不同时（如α1＞α2），便会有其它的可预定的配置形式。构形方面的这些变化，对包括有这类散热器的器件的电路结构设计可能是有用的。
这种结构在防止由于散热器底部6的TCE值与元件3的TCE值之间的差异而可能引起的变形和/或剥离故障也可能是稳定的。为达到这种稳定性的一种有效方式已公开于1990年10月19日提交的同时待审的美国专利申请No.07/599947（Dahringer，D.W.第5案）中。在此引入该申请，以供参考。该发明的使用情况示于图3和4中。图中与图1和2已揭示的相同部件标有相同的标号。所述稳定性是通过将一个应力平衡嵌入件18放在底部6上和散热器4内来实现的，该嵌入件18的TCE值不同于散热器材料的TCE值，前者最好等于元件3材料的TCE值。该应力平衡嵌入件可用与元件3相同的材料制成，例如，可为诸如“虚拟”芯片之类的半导体芯片，或另一种具有不同或等于元件3的TCE的合适材料。该嵌入件可以通常的方式固定在散热器的底部6，例如可借助于最好类似于粘结剂12的某种粘结剂来连接。
不用说，上述实施例只是对本发明原理的简单阐述，对于本领域的普通技术人员，可以依照本发明的原理和在本发明范围内作出各种其它改型和变更方案。