專利名稱：帶有絕緣套扣的彈簧夾裝置的制作方法
這是1993年11月15日所提交的申請?zhí)枮?8/151，996名稱為“帶有電絕緣套扣的彈簧夾裝置”的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及把電子元件固定于用于散熱的散熱器上的裝置。具體而言，它涉及一種帶有絕緣套扣的彈簧夾裝置和固定于電子元件上并與之進(jìn)行熱交換的散熱器。
由于微電子技術(shù)的發(fā)展，人們所開好的芯片所占物理空間越來越小，而其實(shí)現(xiàn)的電子功能卻越來越多。習(xí)慣上，芯片都用外殼包裝起來，這樣可保護(hù)芯片免受外部環(huán)境的影響，同時(shí)還可通過在電路板上進(jìn)行插接或焊接等方式，來提供芯片和外部電路之間的輸入/輸出聯(lián)系。小型化的結(jié)果一般來說導(dǎo)致了芯片占有更小的物理空間，因此用于散熱的結(jié)構(gòu)也就更小了。同樣地，使用化合物半導(dǎo)體的電子電路元件芯片進(jìn)一步提高了封裝的要求，以通過散熱為高溫下工作的元件控制元件溫度。
為了把熱量從芯片傳導(dǎo)到封裝的外部，許多元件的封裝外殼都包含一個(gè)有高導(dǎo)熱性的媒介，它與芯片進(jìn)行熱交換并在與封裝表面相鄰處有一散熱表面。其它一些封裝僅通過封裝材料自身來傳導(dǎo)熱量。然而，為了從封裝外殼上散熱，必須在元件封裝外殼上安裝外部散熱器。一般而言，散熱器是由諸如金屬等導(dǎo)熱性較好的材料制成的實(shí)體。散熱器一般至少有一個(gè)平面，用于和元件表面相接觸，并可能包括散熱片、針狀或其它結(jié)構(gòu)用于把熱量散到周圍的空氣中。
為了提高效率，散熱器應(yīng)占有盡可能小的體積，同時(shí)可散出最大的熱量。另外也希望散熱器可容易地在元件的封裝外殼上安裝和取下，并可適用于和多種不同元件封裝外殼的類型和形狀進(jìn)行聯(lián)接。在大批量的元件的裝配過程中，為了獲得良好的經(jīng)濟(jì)性，要求裝配過程(包括散熱器的安裝過程)要簡單、自動(dòng)、適應(yīng)性強(qiáng)并且可靠。采用彈簧夾聯(lián)接是比較好的，因?yàn)樗容^迅速、簡單，可提供良好的傳熱接觸壓力，并可在不損壞元件的情況下拆除。然而，由于好的彈簧材料一般都是電導(dǎo)體，它可能造成封裝外殼上輸入/輸出端的短路，這是其不利的一面。
根據(jù)本發(fā)明中，有一個(gè)散熱器，用一個(gè)帶絕緣套扣的彈簧夾可把這個(gè)散熱器固定到電子元件的封裝外殼上。在一個(gè)實(shí)施例中，夾子包括一個(gè)彈簧材料制成的伸長的底座部分，它橫穿于散熱器的一個(gè)表面，并位于散熱器針狀物內(nèi)或周圍。絕緣套扣聯(lián)接在彈簧夾的端部，它把散熱器和封裝外殼可拆卸地聯(lián)在一起，使之成為完整的部件，這樣就減少了裝配過程中松散零件數(shù)以及裝配步驟。本發(fā)明的組合可以有各種形式，并適用于多種不同的裝配操作。由于使用了絕緣套扣來把散熱器固定到元件封裝外殼上，因此避免了由于夾子接觸而造成輸入/輸出短路的可能性。下面將結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖進(jìn)行描述，進(jìn)一步揭示本發(fā)明其它的特點(diǎn)和長處，附圖分別為

圖1是在本發(fā)明的彈簧夾裝置的一個(gè)實(shí)施例中，固定于元件封裝外殼上的散熱器的俯視圖;
圖2是圖1所示裝置的正視立面圖;
圖3是圖1所示裝置的側(cè)視立面圖;
圖4是圖2所示裝置沿4-4線的截面圖;
圖5是圖1所示裝置的分解圖;
圖6是另一種彈簧夾設(shè)計(jì)的透視圖;
圖7是采用圖6所示的使用夾子的封裝外殼及散熱器的剖面圖;
圖8是圖6所示的夾子、散熱器和封裝的透視圖;
圖9是在本發(fā)明中采用另一種固定夾實(shí)施例的裝置的分解圖;
圖10是在本發(fā)明中采用第四種固定夾實(shí)施例的裝置的分解圖。
如附圖中數(shù)字及其對應(yīng)部件所示，其中有一個(gè)電子元件封裝外殼10，一個(gè)散熱器20以及一個(gè)安裝在其上的帶狀或夾狀結(jié)構(gòu)30。在封裝外殼10的安裝表面14上，以典型的管腳格式陣列具有導(dǎo)電的輸入/輸出端管腳12。另一表面16在此處則被稱為熱傳導(dǎo)面。
散熱器20包括一個(gè)由諸如鋁、鋁合金或銅等導(dǎo)熱材料制成的本體22，并有一個(gè)基本是平的第一主面25，而散熱片23則從相對的另一面28延伸出來。在最佳實(shí)施例中，散熱片23是通過突起或通過在本體22上開設(shè)平行槽而在平行開口槽24之間形成的。散熱片23可以是不連續(xù)的，即它們可以是圖8所示的按行排列的針。不論制造的方法如何，本體22至少要包含許多平行的槽或溝24，它們從散熱器體22的一端28延伸至相對的一端29。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，裝置30是用于把散熱器20連接到封裝外殼10上的。裝置30有一個(gè)長的彈簧夾本體部分31，其端部32和33基本沿垂直于本體部分31的軸的方向而延伸，因而確定出大致為“C”的形狀，并且在34處呈反弓形。本體部分31可由任何柔性且有彈性的材料制成，例如使用鋼、鋁或類似物。
如圖5所示，本體部分31有槽口35，其尺寸和形狀可以容納散熱片23，還有帶箍36放在槽24之中。端部32，33被置于本體22相對的兩側(cè)。在最佳實(shí)施例中，每個(gè)端部都有突舌37，其上形成插孔38。
套扣40由諸如塑料等絕緣材料制成，但可通過突舌37與端部32和33可拆卸地聯(lián)接起來，這樣即使與管腳12無意中接觸也不會(huì)造成與管腳的電連接。如圖4所示，套扣40上有插孔41，其數(shù)量、尺寸和形狀正好配合那里的突舌37。鎖臂42從套扣向插孔38處延伸，它可以被松開，也可把突舌37與套扣40連接起來。鎖臂42是有彈性的，它們可被彎到插孔外以使得套扣從本體部分31上分離開來。每個(gè)套扣40上都有一個(gè)保持肩43，它與安裝面14接觸，并保證封裝外殼10和散熱器被固定在一起。
把散熱器20用裝置30固定到電子元件封裝外殼10上去，首先要把套扣40置于本體部分31上。這一過程的完成須將突舌37插入插孔41，直至臂42鎖入插孔38之中。然后裝置30就被置于散熱器上，散熱片23定位于槽35之中。在所示實(shí)施例中，每一個(gè)裝置30都有一個(gè)向內(nèi)橫向延伸的肩部43。裝置30把散熱器20的面25緊靠元件封裝外殼10的熱傳導(dǎo)面16而固定。通過對套扣40加力，直至其肩部43鎖住面14時(shí)，裝置被固定好。
應(yīng)當(dāng)知道，元件封裝外殼10，散熱器體22以及裝置30都可作為一個(gè)獨(dú)立的單元進(jìn)行運(yùn)輸、處理以及在電路板上的安裝。通過把各部件固定在一起，避免了松散部件可能造成的許多麻煩，而且把散熱器固定到元件封裝外殼上這一過程大為簡化，并可以自動(dòng)進(jìn)行。
應(yīng)用本發(fā)明的裝置，可以設(shè)計(jì)出各種其它的把夾的端部固定于安裝裝置上的結(jié)構(gòu)。圖6，7和8示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，它適用于針狀散熱器。在此實(shí)施例中，電子元件封裝外殼10通過套扣40和彈簧131固定于散熱器120上。散熱器120與散熱器20基本相同，但在散熱器20上的長散熱片變成了散熱針123。套扣40可以與上述的相同。然而彈簧體131如圖6所示基本為L形，其一端形成帶有孔138的突舌137。突舌137和插孔138與37和38的結(jié)構(gòu)相同，并按與前述相同的方式鎖入套扣40的插孔41和鎖舌42?；w部分133從本體131上延伸，并最好有多個(gè)孔139，其尺寸和形狀正好可容納針123，如圖7所示。孔139的尺寸和形狀使之正好可以配合針123，它卡住針并如圖7所示把套扣40固定在圖示位置上，因而把封裝外殼10固定到散熱器120上。
圖9示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，彈簧夾231的形式為折疊金屬絲彈簧，而絕緣套扣240直接做在彈簧夾231上。套扣240包括一個(gè)內(nèi)突的唇部或保持肩243，它與安裝面14接觸，把元件封裝外殼10與散熱器20固定一起。套扣240可以通過壓模等方法直接形成于夾231之上，也可以單獨(dú)地做成槽等類似的結(jié)構(gòu)，使套扣240可以直接裝在夾231之上。
如圖9所示，夾231包括一個(gè)長的金屬絲彈簧，它折疊成了一個(gè)支撐套扣240的基部232，還包括一對平行臂233，它相對于基部232呈約90°折疊，然后反向折疊。臂233的反向折疊部分端部通過接觸支架234連接在一起。
為了把整個(gè)裝置固定為一體，接觸支架234設(shè)置于散熱器20邊緣鄰接的槽24中。反向彎曲臂233受壓，允許肩243在元件封裝外殼10表面14的邊緣下移動(dòng)。當(dāng)松開之后，反向彎曲臂233恢復(fù)張開狀態(tài)，使得接觸支架234位于槽24之中，并把肩部243壓向面14，使整個(gè)裝置成為一體。顯然，在散熱器20的對邊可以如上述放置一個(gè)或多個(gè)夾231。
圖10示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，彈簧夾331為折疊金屬絲彈簧的形式，絕緣套扣340直接形成在彈簧夾331上。彈簧331包括一個(gè)U型基部332和一對由此伸出的彈簧臂333。套扣340包括一個(gè)內(nèi)突的唇部或保持肩343，它與安裝面14接觸，把元件封裝外殼10和散熱器20固定在一起。套扣340可以通過壓模等方法直接做在夾331上，也可單獨(dú)地做出槽等結(jié)構(gòu)，使套扣340直接固定在夾331上。
在所示實(shí)施例中，套扣331基本為矩形，它包括兩個(gè)主要面341和342。表面342向內(nèi)面對散熱器。表面341面向外。唇部343位于表面342的下緣。套扣340的對邊有垂直槽341a和341b，它用于接納彈簧331的U型基部332的垂直部分，在表面341上還有座341C，它用于保持彈簧基部332的水平部分。
如圖10所示，夾331包括一個(gè)長的金屬絲彈簧，它被折成一個(gè)U形的基部332，該基部有一水平部分332b用于支撐套扣340，另外還包括一對彈簧臂333，它們從豎直部分332a延伸出來。每個(gè)彈簧臂333都包括一個(gè)從基部332的垂直部分332a以約90°延伸出的支點(diǎn)334以及一個(gè)杠桿臂335，該杠桿臂從支點(diǎn)334以大約90°向下延伸，因此杠桿臂335基本上平行于基部332所定義的平面，并偏移至與支點(diǎn)334等長的距離。此外，杠桿臂335傾斜地向下延伸，因此杠桿臂335的端部335a相對地突起。杠桿臂335的端部335a可具有向上彎部分335b，以增加彈簧和散熱片23之間的接觸面積。
為了把各個(gè)部件固定在一起，要把杠桿臂335置于散熱器20邊緣旁的槽24內(nèi)。支點(diǎn)334和套扣340上部被壓向散熱器20的基部25，以使得肩部343可以在元件封裝外殼10的表面14邊緣下面移動(dòng)。當(dāng)彈簧331在散熱器20側(cè)面向下滑動(dòng)時(shí)，杠桿臂335被推向槽24，迫使杠桿臂335繞支點(diǎn)334轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈簧231上產(chǎn)生彈簧載荷。當(dāng)唇部343到位后，彈簧231上的彈簧負(fù)載把整個(gè)部件固定在一起。顯然，在散熱器20的對邊可根據(jù)需要安放一個(gè)或多個(gè)夾子231。
雖然上面參照具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但根據(jù)上述原理，本發(fā)明的形式是多種多樣的。該裝置的部件可以是其它的形狀或形式，并可被設(shè)計(jì)成為適合于固定類似上述的不同尺寸和形式元件封裝外殼和散熱器。因此，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明上述的形式在細(xì)節(jié)上僅作為例子參考，在不偏離由本發(fā)明下述權(quán)利要求所定義的實(shí)質(zhì)和范圍下，可以進(jìn)行各種改變，修改和重新布置。
權(quán)利要求
1.本裝置包括(a)具有一個(gè)由導(dǎo)熱材料制成的本體部分的散熱器，它有至少一個(gè)基本平的第一主面，在其第一和第二側(cè)之間延伸，還有與上述第一面對置的第二面，它有至少一個(gè)槽在上述第一和第二側(cè)之間延伸；(b)一個(gè)電子元件封裝外殼，它有一個(gè)傳熱面，與上述散熱器上的第一主面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸，還在上述傳熱面對側(cè)有一個(gè)安裝面；以及(c)一個(gè)把上述散熱器連接到上述電子元件封裝外殼上的連接器，它包括(i)在至少一個(gè)槽中放置并在上述第一和第二側(cè)之間延伸的彈簧元件；和(ii)獨(dú)立可拆卸的電絕緣套扣，它裝在上述彈簧元件的端部，每個(gè)套扣上都有一個(gè)面與上述安裝面接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述彈簧元件由導(dǎo)電的彈簧鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述彈簧元件和套扣都有相互對應(yīng)的可拆卸的連接器，把套扣連接在彈簧元件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述彈簧元件包括一個(gè)長的本體部分，其端部按基本垂直于本體部分軸的方向延伸，于是定義了一個(gè)C形結(jié)構(gòu)，在上述端部中間反向彎曲成弓形。
5.裝置包括(a)一個(gè)包括由導(dǎo)熱材料制成的本體的散熱器，它有至少一個(gè)在第一和第二側(cè)之間延伸的基本是平的第一主面，并在上述第一面對側(cè)有第二主面，而且從此第二主面上要延伸出至少一個(gè)針狀散熱片;(b)一個(gè)電子元件封裝外殼，它的外表有一個(gè)熱傳導(dǎo)面，與上述散熱器的第一主面相互導(dǎo)熱接觸，此外還有一個(gè)安裝面，位于上述導(dǎo)熱面的對側(cè);(c)多個(gè)把上述散熱器固定到上述電子元件封裝外殼上的連接器，每個(gè)連接器都包括彈簧元件，其上有絕緣的套扣并在一端有孔，孔的位置適合于針狀散熱片插入其中，因而通過套扣接合于安裝面而使得散熱器連接到彈簧元件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，上述彈簧元件由導(dǎo)電的彈簧鋼制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，上述彈簧元件和套扣都有對應(yīng)的可拆卸聯(lián)接結(jié)構(gòu)，可以把套扣和彈簧元件連接起來。
8.裝置包括(a)一個(gè)包括由導(dǎo)熱材料制成的本體的散熱器，它有至少一個(gè)在第一和第二側(cè)之間延伸的基本為平的第一主面，并在上述第一面對側(cè)有第二主面，在第二面上有許多槽，因而在其間形成了多個(gè)散熱片;(b)一個(gè)電子元件封裝外殼，其外表有一個(gè)熱傳導(dǎo)面，與上述散熱器的第一主面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸，并在導(dǎo)熱面對側(cè)有安裝面;以及(c)多個(gè)把上述散熱片與電子元件封裝外殼聯(lián)接起來的連接器，每個(gè)連接器包括一個(gè)彈簧元件，其上有至少一個(gè)孔，可容納至少是上述散熱片之一的一部分，此外，彈簧元件上所安裝和攜帶的每個(gè)絕緣套扣都有一個(gè)與上述電子元件封裝外殼的安裝面相接合的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，上述散熱片包括多行成排的針。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于(a)上述彈簧元件圍繞著散熱器的一側(cè)而延伸，并有可套入至少一個(gè)針的孔;以及(b)上述彈簧元件和套扣有可拆卸的對應(yīng)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，把套扣與彈簧元件連接起來。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，上述彈簧元件包括一個(gè)長的線狀本體部分，它被彎折形成支撐套扣的基部，以及一對平行臂，此平行臂相對于基部呈90°彎折，然后反向彎折形成一個(gè)接觸支架，它們正好可以配合上述第二面中的槽而把裝置固定在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，絕緣套扣可被拆卸地固定于彈簧元件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，上述彈簧元件包括一個(gè)長的線狀本體部分，它被彎折以形成U形的基部，可把持并支撐上述套扣，還包括一對形成了孔的平行臂，它們相對于基部約90°被彎折后定義了一個(gè)支點(diǎn)，然后又相對于支點(diǎn)大約呈90°被彎折，并繞上述支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)定義了一對斜杠桿臂，它們可以配合進(jìn)入上述第二面中的槽以使得裝置被固定在一起。
14.裝置包括(a)包括一個(gè)由導(dǎo)熱材料制成的本體部分的散熱器，它有一個(gè)在第一側(cè)和第二側(cè)之間延伸的基本為平的第一主面，以及在上述第一面對側(cè)的第二主面，第二主面上有許多槽，其上形成了多行成排的散熱針;(b)一個(gè)電子元件封裝外殼，它包括一個(gè)與上述散熱器的第一主面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸的熱傳導(dǎo)面，以及在該熱傳導(dǎo)面對側(cè)的安裝面;還有(c)一個(gè)把上述散熱器連接到電子元件封裝外殼上的連接器，它包括一個(gè)彈簧元件，該彈簧元件上至少有一個(gè)孔可容納至少一個(gè)上述的針，并在上述彈簧元件端部有一電絕緣套扣，它有一個(gè)與電子元件封裝外殼的安裝面相配合的表面，而上述彈簧元件包括一個(gè)長的線狀本體部分，它被彎折形成支撐套扣的基部，一對平行臂，它們以大約90°相對于基部彎折然后再反向彎折，這樣形成了接觸支架，正好可以配合上述第二面的槽而把裝置固定在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，上述絕緣套扣被可拆卸地固定于彈簧元件上。
16.裝置包括(a)一個(gè)包括用導(dǎo)熱材料制成的本體的散熱器，它有一個(gè)在第一和第二側(cè)之間延伸的基本為平的第一主面，以及在第一面對側(cè)的第二主面，第二主面上有多個(gè)槽，形成了多排成列的針狀散熱片;(b)一個(gè)電子元件封裝外殼，它包括一個(gè)與上述散熱器的第一主面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸的熱傳導(dǎo)面，以及在該傳導(dǎo)面對側(cè)的安裝面;以及(c)一個(gè)把散熱器連接到上述電子元件封裝外殼上的連接器，它包括一個(gè)彈簧元件，在該彈簧元件上至少有一個(gè)孔，用于容納一個(gè)上述針的至少一部分，并在上述彈簧元件端部有一絕緣套扣，它有一個(gè)與上述電子元件封裝外殼的安裝面相接合的表面，而彈簧元件包括一個(gè)線狀的本體，被彎折以形成U狀的基部，用于把握和支撐上述套扣，還有一對平行臂形成了上述的孔，它們相對于基部呈90°彎折而形成一個(gè)支點(diǎn)，然后再相對于支點(diǎn)呈大約90°彎折并繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)因而定義了一對斜杠桿臂，它可配合上述第二面中的槽，來把裝置固定在一起。
全文摘要
一種用于把片狀散熱器固定于電子元件封裝外殼之上的彈簧夾和絕緣套扣裝置。彈簧夾的本體插入或圍繞著散熱器上一面上伸出的片或針，并帶有絕緣套扣，絕緣套扣圍繞著元件封裝外殼的邊緣并有一個(gè)唇部用于接合元件封裝外殼的相對面，而使元件封裝和散熱器保持相互接觸。
文檔編號H05K7/20GK1106898SQ9411791
公開日1995年8月16日 申請日期1994年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月15日
發(fā)明者D·J·克萊門斯, K·曼德爾 申請人:熱合金有限公司