这是1993年11月15日所提交的申请号为08/151，996名称为“带有电绝缘套扣的弹簧夹装置”的部分继续申请。 本发明涉及把电子元件固定于用于散热的散热器上的装置。具体而言，它涉及一种带有绝缘套扣的弹簧夹装置和固定于电子元件上并与之进行热交换的散热器。
由于微电子技术的发展，人们所开好的芯片所占物理空间越来越小，而其实现的电子功能却越来越多。习惯上，芯片都用外壳包装起来，这样可保护芯片免受外部环境的影响，同时还可通过在电路板上进行插接或焊接等方式，来提供芯片和外部电路之间的输入/输出联系。小型化的结果一般来说导致了芯片占有更小的物理空间，因此用于散热的结构也就更小了。同样地，使用化合物半导体的电子电路元件芯片进一步提高了封装的要求，以通过散热为高温下工作的元件控制元件温度。
为了把热量从芯片传导到封装的外部，许多元件的封装外壳都包含一个有高导热性的媒介，它与芯片进行热交换并在与封装表面相邻处有一散热表面。其它一些封装仅通过封装材料自身来传导热量。然而，为了从封装外壳上散热，必须在元件封装外壳上安装外部散热器。一般而言，散热器是由诸如金属等导热性较好的材料制成的实体。散热器一般至少有一个平面，用于和元件表面相接触，并可能包括散热片、针状或其它结构用于把热量散到周围的空气中。
为了提高效率，散热器应占有尽可能小的体积，同时可散出最大的热量。另外也希望散热器可容易地在元件地封装外壳上安装和取下，并可适用于和多种不同元件封装外壳的类型和形状进行联接。在大批量的元件的装配过程中，为了获得良好的经济性，要求装配过程（包括散热器的安装过程）要简单、自动、适应性强并且可靠。采用弹簧夹联接是比较好的，因为它比较迅速、简单，可提供良好的传热接触压力，并可在不损坏元件的情况下拆除。然而，由于好的弹簧材料一般都是电导体，它可能造成封装外壳上输入/输出端的短路，这是其不利的一面。
根据本发明中，有一个散热器，用一个带绝缘套扣的弹簧夹可把这个散热器固定到电子元件的封装外壳上。在一个实施例中，夹子包括一个弹簧材料制成的伸长的底座部分，它横穿于散热器的一个表面，并位于散热器针状物内或周围。绝缘套扣联接在弹簧夹的端部，它把散热器和封装外壳可拆卸地联在一起，使之成为完整的部件，这样就减少了装配过程中松散零件数以及装配步骤。本发明的组合可以有各种形式，并适用于多种不同的装配操作。由于使用了绝缘套扣来把散热器固定到元件封装外壳上，因此避免了由于夹子接触而造成输入/输出短路的可能性。下面将结合所附权利要求和附图进行描述，进一步揭示本发明其它的特点和长处，附图分别为：
图1是在本发明的弹簧夹装置的一个实施例中，固定于元件封装外壳上的散热器的俯视图;
图2是图1所示装置的正视立面图;
图3是图1所示装置的侧视立面图;
图4是图2所示装置沿4-4线的截面图;
图5是图1所示装置的分解图;
图6是另一种弹簧夹设计的透视图;
图7是采用图6所示的使用夹子的封装外壳及散热器的剖面图;
图8是图6所示的夹子、散热器和封装的透视图;
图9是在本发明中采用另一种固定夹实施例的装置的分解图;
图10是在本发明中采用第四种固定夹实施例的装置的分解图。
如附图中数字及其对应部件所示，其中有一个电子元件封装外壳10，一个散热器20以及一个安装在其上的带状或夹状结构30。在封装外壳10的安装表面14上，以典型的管脚格式阵列具有导电的输入/输出端管脚12。另一表面16在此处则被称为热传导面。
散热器20包括一个由诸如铝、铝合金或铜等导热材料制成的本体22，并有一个基本是平的第一主面25，而散热片23则从相对的另一面28延伸出来。在最佳实施例中，散热片23是通过突起或通过在本体22上开设平行槽而在平行开口槽24之间形成的。散热片23可以是不连续的，即它们可以是图8所示的按行排列的针。不论制造的方法如何，本体22至少要包含许多平行的槽或沟24，它们从散热器体22的一端28延伸至相对的一端29。
在本发明的最佳实施例中，装置30是用于把散热器20连接到封装外壳10上的。装置30有一个长的弹簧夹本体部分31，其端部32和33基本沿垂直于本体部分31的轴的方向而延伸，因而确定出大致为“C”的形状，并且在34处呈反弓形。本体部分31可由任何柔性且有弹性的材料制成，例如使用钢、铝或类似物。
如图5所示，本体部分31有槽口35，其尺寸和形状可以容纳散热片23，还有带箍36放在槽24之中。端部32，33被置于本体22相对的两侧。在最佳实施例中，每个端部都有突舌37，其上形成插孔38。
套扣40由诸如塑料等绝缘材料制成，但可通过突舌37与端部32和33可拆卸地联接起来，这样即使与管脚12无意中接触也不会造成与管脚的电连接。如图4所示，套扣40上有插孔41，其数量、尺寸和形状正好配合那里的突舌37。锁臂42从套扣向插孔38处延伸，它可以被松开，也可把突舌37与套扣40连接起来。锁臂42是有弹性的，它们可被弯到插孔外以使得套扣从本体部分31上分离开来。每个套扣40上都有一个保持肩43，它与安装面14接触，并保证封装外壳10和散热器被固定在一起。
把散热器20用装置30固定到电子元件封装外壳10上去，首先要把套扣40置于本体部分31上。这一过程的完成须将突舌37插入插孔41，直至臂42锁入插孔38之中。然后装置30就被置于散热器上，散热片23定位于槽35之中。在所示实施例中，每一个装置30都有一个向内横向延伸的肩部43。装置30把散热器20的面25紧靠元件封装外壳10的热传导面16而固定。通过对套扣40加力，直至其肩部43锁住面14时，装置被固定好。
应当知道，元件封装外壳10，散热器体22以及装置30都可作为一个独立的单元进行运输、处理以及在电路板上的安装。通过把各部件固定在一起，避免了松散部件可能造成的许多麻烦，而且把散热器固定到元件封装外壳上这一过程大为简化，并可以自动进行。
应用本发明的装置，可以设计出各种其它的把夹的端部固定于安装装置上的结构。图6，7和8示出了本发明的另一实施例，它适用于针状散热器。在此实施例中，电子元件封装外壳10通过套扣40和弹簧131固定于散热器120上。散热器120与散热器20基本相同，但在散热器20上的长散热片变成了散热针123。套扣40可以与上述的相同。然而弹簧体131如图6所示基本为L形，其一端形成带有孔138的突舌137。突舌137和插孔138与37和38的结构相同，并按与前述相同的方式锁入套扣40的插孔41和锁舌42。基体部分133从本体131上延伸，并最好有多个孔139，其尺寸和形状正好可容纳针123，如图7所示。孔139的尺寸和形状使之正好可以配合针123，它卡住针并如图7所示把套扣40固定在图示位置上，因而把封装外壳10固定到散热器120上。
图9示出了本发明的另一实施例，其中，弹簧夹231的形式为折叠金属丝弹簧，而绝缘套扣240直接做在弹簧夹231上。套扣240包括一个内突的唇部或保持肩243，它与安装面14接触，把元件封装外壳10与散热器20固定一起。套扣240可以通过压模等方法直接形成于夹231之上，也可以单独地做成槽等类似的结构，使套扣240可以直接装在夹231之上。
如图9所示，夹231包括一个长的金属丝弹簧，它折叠成了一个支撑套扣240的基部232，还包括一对平行臂233，它相对于基部232呈约90°折叠，然后反向折叠。臂233的反向折叠部分端部通过接触支架234连接在一起。
为了把整个装置固定为一体，接触支架234设置于散热器20边缘邻接的槽24中。反向弯曲臂233受压，允许肩243在元件封装外壳10表面14的边缘下移动。当松开之后，反向弯曲臂233恢复张开状态，使得接触支架234位于槽24之中，并把肩部243压向面14，使整个装置成为一体。显然，在散热器20的对边可以如上述放置一个或多个夹231。
图10示出了本发明的另一实施例，弹簧夹331为折叠金属丝弹簧的形式，绝缘套扣340直接形成在弹簧夹331上。弹簧331包括一个U型基部332和一对由此伸出的弹簧臂333。套扣340包括一个内突的唇部或保持肩343，它与安装面14接触，把元件封装外壳10和散热器20固定在一起。套扣340可以通过压模等方法直接做在夹331上，也可单独地做出槽等结构，使套扣340直接固定在夹331上。
在所示实施例中，套扣331基本为矩形，它包括两个主要面341和342。表面342向内面对散热器。表面341面向外。唇部343位于表面342的下缘。套扣340的对边有垂直槽341a和341b，它用于接纳弹簧331的U型基部332的垂直部分，在表面341上还有座341C，它用于保持弹簧基部332的水平部分。
如图10所示，夹331包括一个长的金属丝弹簧，它被折成一个U形的基部332，该基部有一水平部分332b用于支撑套扣340，另外还包括一对弹簧臂333，它们从竖直部分332a延伸出来。每个弹簧臂333都包括一个从基部332的垂直部分332a以约90°延伸出的支点334以及一个杠杆臂335，该杠杆臂从支点334以大约90°向下延伸，因此杠杆臂335基本上平行于基部332所定义的平面，并偏移至与支点334等长的距离。此外，杠杆臂335倾斜地向下延伸，因此杠杆臂335的端部335a相对地突起。杠杆臂335的端部335a可具有向上弯部分335b，以增加弹簧和散热片23之间的接触面积。
为了把各个部件固定在一起，要把杠杆臂335置于散热器20边缘旁的槽24内。支点334和套扣340上部被压向散热器20的基部25，以使得肩部343可以在元件封装外壳10的表面14边缘下面移动。当弹簧331在散热器20侧面向下滑动时，杠杆臂335被推向槽24，迫使杠杆臂335绕支点334转动，在弹簧231上产生弹簧载荷。当唇部343到位后，弹簧231上的弹簧负载把整个部件固定在一起。显然，在散热器20的对边可根据需要安放一个或多个夹子231。
虽然上面参照具体的实施例对本发明进行了描述，但根据上述原理，本发明的形式是多种多样的。该装置的部件可以是其它的形状或形式，并可被设计成为适合于固定类似上述的不同尺寸和形式元件封装外壳和散热器。因此，应当明白本发明上述的形式在细节上仅作为例子参考，在不偏离由本发明下述权利要求所定义的实质和范围下，可以进行各种改变，修改和重新布置。