СБОРОЧНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РАДИАТОРА ОТНОСИТЕЛЬНО ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2002 года по МПК H01L23/40 

Настоящее изобретение относится вообще к области электронной упаковки и, в частности, к оборудованию для установки теплового радиатора в корпусе электронного модуля.

Различные компоненты в области упаковки электронного модуля становятся все меньше, но в то же время, проблемы, относящиеся к рассеянию тепла, становятся далеко не меньше. Размер тепловых радиаторов, необходимых для охлаждения компонентов в современной микроэлектронной промышленности, сравнимый с размерами компонентов, делает их более сложными для снятия во время переделки модуля.

Уровень техники
В области микроэлектроники увеличение плотности схем, включающих все меньшие размеры компонентов, создает необходимость во все большем числе входных/выходных проводников, все это создает беспрестанно возрастающие проблемы рассеяния тепла. Если стоимость не была бы важным фактором, эти проблемы могли бы быть разрешены более легко, но снижение стоимости узла является одинаково важным.

Патент США 5437561, Иорл и др., описывает соединительное устройство для прикрепления теплового радиатора к монтажной плате посредством пары отклоняемых пружиной ножек на выступах для расширения ножек для вхождения в зацепление с противоположной стороной отверстий в монтажной плате.

Патент США 5384940, Соул и др., описывает устройство для прикрепления теплового радиатора посредством контакта с острым концом, который сжимается, когда он проходит через отверстие в монтажной плате и расширяется на противоположной стороне для фиксации электронного корпуса между тепловым радиатором и монтажной платой.

Патент США 5304735, Иорл и др., описывает тепловой радиатор для прикрепления к матрице контактной сетки посредством зажимов, которые сжимаются для вхождения в контакт с пазами вдоль противоположных сторон.

Патент США 5040096, Черчилл и др., описывает зажим для фиксации теплового радиатора на полупроводниковом приборе посредством выступания над дуговой частью.

Патент США 4933746, Кинг, описывает зажим с тремя ножками, установленными через прорези в тепловом радиаторе для прикрепления его к полупроводниковому прибору.

Патент США 4679118, Джонсон и др., описывает теплопроводящую крышку, удерживающую корпус микросхемы, сопряженный с многоштырьковой и гнездовой матрицей.

Патент США 4544942, Мак-Картси, описывает тепловой радиатор, установленный на твердотельных устройствах для поддержания тепловых условий с помощью болтов, проходящих через монтажную плату.

Заявка на патент Великобритании 2198888, Мур, описывает узел, включающий полупроводниковое устройство на площадке, которая находится в тепловом контакте с тепловым радиатором посредством поддерживающего болта.

Цели и краткое изложение изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства для фиксации теплового радиатора относительно электронного устройства.

Также важной задачей настоящего изобретения является создание устройства крепления теплового радиатора, которое является функционально эффективным, одновременно являясь приспосабливаемым к менее дорогому изготовлению, а также создание крепления теплового радиатора, которое является приспосабливаемым к регулировке нагрузки, приложенной к электронному компоненту.

Кратко, устройство крепления теплового радиатора, в соответствии с настоящим изобретением, включает, по меньшей мере два гибких элемента, вытягивающихся в пространственно разделенном взаимоотношении из поверхности подложки, причем каждый из элементов является приспосабливаемым для фрикционного вхождения в сцепление с тепловым радиатором. Подложка включает электронный компонент, который излучает тепло, который должен быть термически соединен с тепловым радиатором, и гибкие элементы крепления теплового радиатора для опоры с заранее определенной силой на электронный компонент, избегая необходимость в отверстиях и тому подобному в подложке.

Вышеописанные, другие и дополнительные цепи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более легко очевидны из последующего детального описания, но изобретение не ограничивается деталями описания. Конечно предполагается, что все изменения и модификации, которые попадают в пределы рамок и сущности приложенной формулы изобретения, включаются в настоящее изобретение.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует предпочтительный в настоящее время вид изобретения, который включает особенности в качестве помощи к описанию.

Фиг.2 является иллюстрацией одного вида удерживающей стойки с храповиком в соответствии с изобретением.

Фиг. 3 является модификацией удерживающей стойки с храповиком в качестве помощи к последующему описанию.

Фиг.4 является иллюстрацией одной модификации в узле удерживающей стойки с храповиком изобретения.

Фиг. 5 является модификацией настоящего изобретения, иллюстрирующей использование многостоечного узла.

Фиг. 6 является иллюстрацией дополнительной модификации, к которой изобретение является приспосабливаемым.

Фиг. 7 иллюстрирует дополнительную модификацию, к которой настоящее изобретение является приспосабливаемым.

Фиг. 8 иллюстрирует еще дополнительную модификацию, к которой настоящее изобретение является приспосабливаемым.

Детальное описание изобретения
На фиг.1 чертежей удерживающие стойки с храповиком 10 обозначаются далее ссылочными цифрами 11 и 12. Фактическая конструкция стоек будет описана более подробно немного ниже, важной особенностью, которую следует отметить здесь, является то, что удерживающие стойки с храповиком 11 и 12 не требуют отверстий или других окон в подложке 13.

В соответствии с изобретением, число удерживающих стоек и их расположение определяются такими факторами, как размер, вес и/или теплопроводность теплового радиатора.

Здесь для целей этого описания термин "подложка" означает элемент, который поддерживает компонент 14, на котором устанавливается устройство 15, которое излучает тепло, которое должно быть выведено наружу и в атмосферу. Тепловой радиатор 16 имеет отверстия 17, расположенные так, чтобы соответствовать и принимать размещенные с промежутками удерживающие стойки 11 и 12.

Устройство, проиллюстрированное на фиг.1, не требует отверстий в подложке 13. Удерживающие стойки 11 и 12 могут быть прикреплены к подложке 13 либо непосредственно, либо посредством промежуточной рамки или элемента клеем, винтами (вверх из нижней стороны, как видно на этом изображении) или могут быть металлизированы и прикреплены пайкой, сваркой или тому подобным.

Далее, от удерживающих стоек не требуется никакой специальной формы, конструкции или конфигурации. Однако они должны быть прикреплены неподвижным, соответствующим образом, как описано выше, к подложке в расположении для того, чтобы соответствовать и быть принятыми в отверстия или другие подходящие окна в тепловом радиаторе.

В соответствии с важным аспектом изобретения, использующего удерживающие стойки, такие как стойки 11 и 12, тепловой радиатор 16 крепится в более регулируемом положении относительно компонента 14 и/или устройства 15. Эта особенность может быть важной, поскольку есть много компонентов, которые имеют тонкую разводку и другие чувствительные схемные элементы, которые могут случайно повредиться, если слишком большое давление приложено для опоры на них.

С использованием удерживающих стоек, в соответствии с изобретением, тепловой радиатор крепится с заранее определенной, требуемой силой на устройстве, к которому он прижимается. Поэтому может быть полезно описать конструкцию и устройство удерживающих стоек более подробно.

Первое, конструкция удерживающих стоек: ссылаясь на фиг.2 чертежей, удерживающая стойка 20 прочно прикреплена к элементам 21 и 22, вытянутым на относительно короткое расстояние под углом, который обычно равен 90^o. Расстояние, на которое вытянуты эти элементы, является переменным, зависящим от таких факторов, как величина силы, которая потребуется для того, чтобы согнуть стойки по направлению к друг другу для прикрепления и/или разъединения теплового радиатора. Гибкость стоек будет описана более подробно ниже.

Стойка 20 является пятисторонней для того, чтобы представлять плоскую поверхность 23 в общем направлении точки 24 пересечения между элементами 21 и 22. Имеется поверхность 23, которая имеет заранее определенное число храповиков 25, и расстояние между смежными храповиками может соответствовать толщине основания теплового радиатора с окнами 17, фиг.1, устроенными для принятия стойки.

Элементы 21 и 22 используются, в соответствии с изобретением, для крепления стойки 20 в правильном положении на подложке 13 фиг.1 для поддержки теплового радиатора 16 более управляемым образом на и относительно компонента 14 и устройства 16. Давление между тепловым радиатором 16 и устройством 15 является одним из нескольких факторов, который определяет эффективность тепловой передачи.

Уже существует несколько эффективных материалов, границ раздела, которые могут быть использованы, если требуется, между устройством 15 и тепловым радиатором 16. Такие материалы имеются в продаже, как пластичная смазка, низкомодульные эпоксидные смолы, эластомерные прокладки и т.д., и известны для повышения теплопроводности между соприкасающимися элементами.

Ссылаясь на фиг. 3 чертежей, удерживающая стойка 30 является четырехсторонней или прямоугольной и она прочно прикреплена на пересечении двух элементов 31 и 32. Ряд храповиков 33 расположен на одной из плоских поверхностей четырехсторонней стойки 30 и на этом изображении конструкция храповика отличается от изображенной на фиг.2 для того, чтобы проиллюстрировать, что различные устройства находятся в пределах настоящего изобретения.

В качестве следующего примера фиг.4 иллюстрирует еще одно изменение в конструкции удерживающей стойки в соответствии с изобретением. Здесь удерживающая стойка 40 показана как кольцевая или круглая и эта стойка жестко прикреплена к двум элементам 41 и 42, как описано выше.

Удерживающая 40 стойка формируется с несколькими храповиками 43, которые расширяются вокруг стойки, но действуют аналогичным образом, как стойки, описанные выше. Число стоек 43 и расстояние между ними является делом требований конструкции, как очевидно.

Однако одним важным отличием в конструкции, показанной на фиг.4, является то, что круглая удерживающая стойка 40 имеет фланец 44, который расширяется из точки в ее основании или около, так что стойка может быть прикреплена непосредственно к поверхности подложки 13, фиг.1, вместо элементов 41 и 42. Фланец 44 является важным, поскольку предполагается, что стойка должна быть относительно тонкой, так как она должна быть также гибкой.

Материалом, из которого формируется удерживающая стойка, в соответствии с изобретением, может быть металл или пластик. Однако требованием является то, что удерживающая стойка должна быть гибкой, для того, чтобы прикреплять и снимать тепловой радиатор, удерживающие стойки слегка наклоняют в направлении друг к другу, таким образом освобождая фрикционное зацепление между храповиками и тепловым радиатором.

Конструкция каждой стойки, проиллюстрированной на фиг.2, 3 и 4, должна быть гибкой, как описано выше, но может быть сформирована из любого материала, который будет допускать это свойство гибкости. Удерживающие стойки захватывают тепловой экран посредством трения, которое отпускается изгибанием их к друг другу, а назначением храповиков является увеличение этого трения.

Второе, расположение удерживающих стоек: фиг.1 также иллюстрирует расположение удерживающих стоек 10 в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения. Другими словами, когда определено, что необходимы две стойки для того, чтобы удерживать тепловой радиатор 16, тогда удерживающие стойки располагаются как проиллюстрировано на фиг.1 чертежей.

Конструкция удерживающих стоек 10 может быть выбрана из конструкций, проиллюстрированных или на фиг. 2-3 или на фиг.4, поскольку каждая из них будет захватывать край отверстия или подобного окна в тепловом радиаторе 16 с силой, достаточной для поддержания взаимосвязи тепловой передачи с устройством 15, фиг.1.

С другой стороны, если определено, что необходимы четыре стойки для того, чтобы увеличить силу удержания или даже уравновесить удерживающую силу до меньшей величины из-за более чувствительного состояния относительно устройства 15 или окружающих его проводников, тогда конструкция удерживающих стоек является такой, как проиллюстрировано на фиг.5 чертежей.

На фиг. 5 показаны четыре стойки 50, 51, 52 и 53, расположенные в углах четырехсторонней прямоугольной рамки 54. Отдельные стойки могут иметь конструкцию, как описано выше, или любую комбинацию из этих конструкций, что может быть указано уникальными обстоятельствами конкретной ситуации.

Каждая удерживающая стойка, например, стойка 50 и др. будет соответствовать отверстиям, перфорациям, гнездам, окнам и тому подобному, указанными цифрами 55 и 56 в тепловом радиаторе 57. Также, в соответствии с настоящим изобретением, каждая удерживающая стойка, независимо от ее конкретной конструкции, будет принята в ее отверстие в тепловом радиаторе с фрикционным соответствием, достаточным для достижения требуемой передачи тепла. В некоторых случаях может быть необходимо слегка отклонить каждую стойку в сторону относительно друг друга для дополнительного увеличения ее силы захвата.

Устройство с удерживающими стойками изобретения допускает высокую степень регулирования силы, приложенной между тепловым радиатором и устройством, с теплом, проводимым термически. Например, как лучше всего проиллюстрировано на фиг. 6 чертежей, когда необходима либо большая сила или когда отверстия любого типа должны быть пропущены по ряду причин, стержни 60 и 61 имеют отверстия 62, 63, 64 и 65, расположенные около каждого конца для приема удерживающей стойки.

Таким образом, стержни расположены через тепловой радиатор 66 между пластинами 67 и закреплены фрикционно посредством соответствующей удерживающей стойки, как описано ранее выше. Использование четырехсторонней прямоугольной рамки 54, фиг. 5, является здесь предпочтительным для поддержания хорошего теплового контакта и регулирования приложенного давления.

Однако имеются примеры, когда рамка, такая как рамка 54 на фиг.5, может быть слишком ограниченной, т.е., когда компонент некоторого размера не умещается внутри рамки, или другие примеры. Это является иллюстрацией того, что удерживающие стойки настоящего изобретения не ограничиваются использованием с рамкой, а они могут быть прикреплены непосредственно к подложке.

Модификация, как проиллюстрировано на фиг.7, предполагается изобретением. Теперь, ссылаясь на фиг.7 чертежей, удерживающие стойки 70 и 71 прикреплены к элементам 72 и 73. Удерживающих стоек 70 и 71 может быть именно две или несколько, как описано выше, или они могут быть расположены в центре.

По меньшей мере один стержень 74 сформирован с отверстиями на каждом конце для того, чтобы соответствовать стойкам 70 и 71. Стержень 74 имеет изгиб на каждом конце так, что центральная часть может служить опорой для теплового радиатора 75 в положении, проиллюстрированном на этом виде или, когда он перевернут, когда компонент 76 и устройство 77 больше.

Расположение, проиллюстрированное на фиг. 7 исключает необходимость в отверстиях или любых окнах где-либо в тепловом радиаторе 75, а также в подложке 78. Изгибы в стержне 74 указаны на этом виде позиционными номерами 79а и 79b.

Фрикционные удерживающие стойки настоящего изобретения предлагают значительно более гибкое устройство для упаковки этих электронных компонентов и устройств. Например, фиг. 8 иллюстрирует комбинацию меньшего компонента и устройства и большего теплового радиатора.

На фиг. 8 удерживающие стойки 80 и 81 принимаются внутри отверстий (не видимы) в основании теплового радиатора 82. Этих стоек может быть либо только две, в этом случае они будут расположены как на фиг.1, либо их может быть две или несколько, которые могут быть расположены по любому требуемому образцу, как например, симметричному, одна на каждом углу теплового радиатора 82.

Вид, проиллюстрированный фиг.8, показывает, что даже с компонентом 83, который меньше по горизонтали, устройство 84, прикрепленное к нему может быть больше или альтернативно, устройство 84 может излучать больше тепла, чем требует больший тепловой радиатор 82 для поддержания температуры корпуса в допустимых пределах. Как описано ранее в связи с другими рисунками, устройство 84 прикреплено к компоненту 83, которое, в свою очередь прикреплено к подложке 85.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано достаточно подробно в связи с настоящим предпочтительным воплощением и некоторыми его настоящими предпочтительными модификациями, тем не менее другие и дополнительные виды, особенности и модификации будут придуманы специалистами в данной области на основе настоящего раскрытия.

Соответственно, понятно, что настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенным описанием, а скорее определяется приложенной формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к области сборных узлов, в частности к оборудованию для установки теплового радиатора в корпусе электронного модуля. Сборочный узел крепления включает, по меньшей мере, две гибкие удерживающие стойки, размещенные отдельно с промежутком с концами для вхождения в зацепление с тепловым радиатором фрикционно для крепления теплового радиатора относительно электронного устройства. Гибкие удерживающие стойки прикрепляются к подложке без необходимости в отверстиях и тянутся мимо устройства, излучающего тепло, в окна в тепловом радиаторе, где они прикрепляются рядом средств, предпочтительно посредством фрикционного вхождения в зацепление с окнами в тепловом радиаторе. Технический результат - создание функционально эффективного узла крепления, которое является дешевым и приспособленным к регулировке нагрузки, приложенной к электронному устройству. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сборочный узел для крепления теплового радиатора относительно поверхности электронного устройства на подложке, чтобы дать возможность отвода тепла от электронного устройства в тепловой радиатор, отличающийся тем, что содержит множество расположенных на поверхности подложки под заранее определенным углом средств гибких удерживающих стоек, каждое из которых приспособлено для съемного прикрепления одним концом к поверхности подложки и на противоположном конце имеет средство для фрикционно-контактного зацепления и скрепления с тепловым радиатором, который установлен в плотном теплопроводном контакте с электронным устройством. 2. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средство для фрикционно-контактного зацепления и скрепления включает храповое средство. 3. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средства гибких удерживающих стоек изготовлены из пластического материала. 4. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что пластический материал, из которого изготовлены средства гибких удерживающих стоек, содержит достаточное количество металлических частиц, допускающих прикрепление пайкой к поверхности подложки. 5. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средства гибких удерживающих стоек изготовлены из металлического материала. 6. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средства гибких удерживающих стоек включают четыре гибких удерживающих стойки и они расположены симметрично в углах прямоугольника на поверхности подложки. 7. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что включает четыре средства гибких удерживающих стоек, каждое из которых прикреплено одним концом к элементам, закрепленным на поверхности подложки. 8. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что для съемного прикрепления средства гибкой удерживающей стойки к поверхности подложки предусмотрен прямоугольный элемент, прикрепленный к поверхности подложки. 9. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что поверхность электронного устройства, которое является источником отводимого тепла, включает материал границы раздела - переходный материал между ним и тепловым радиатором для способствования передачи ему тепла. 10. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что поверхность электронного устройства, которое является источником отводимого тепла, включает материал границы раздела между ним и тепловым радиатором для способствования передачи ему тепла, причем материал границы раздела представлен в виде пластичной смазки. 11. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что электронное устройство включает модуль по меньшей мере с одной микросхемой. 12. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что тепловой радиатор имеет по меньшей мере два окна, служащих для фрикционно-контактного зацепления и скрепления со средствами гибких удерживающих стоек. 13. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средства гибких удерживающих стоек и имеющееся на них средство для фрикционно-контактного зацепления и скрепления, включая храповое средство, изготовлены из пластического материала. 14. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что средства гибких удерживающих стоек прикреплены к закрепленным на поверхности подложки элементам и изготовлены из металлического материала, допускающего крепление пайкой к прикрепленным на поверхности подложки элементам. 15. Сборочный узел по п.1, отличающийся тем, что для съемного прикрепления средства гибкой удерживающей стойки к подложке предусмотрен прямоугольный элемент, съемно прикрепленный к поверхности подложки, причем число средств гибких удерживающих стоек равно четырем и каждое из них изготовлено из металлического материала, при этом четыре средства гибких удерживающих стоек одним концом прикреплены пайкой к прямоугольным элементам, а другим концом вставлены фрикционно-контактно (с возможностью фрикционного контакта) внутрь окон в тепловом радиаторе, которые соответствуют каждому из четырех средств гибких удерживающих стоек.