專利名稱：帶有散熱片并具有改進(jìn)的熱傳導(dǎo)界面的可安裝散熱片的電阻器的制作方法
背景技術(shù)：
近年來，具有包圍安裝孔的合成樹脂(塑料)的功率封裝已廣泛應(yīng)用于如功率半導(dǎo)體和功率電阻器等電子元件。例如，Motorola“FULL Pak”功率半導(dǎo)體和Caddock MP816、MP850和MP930功率電阻器。在這種類型的封裝中，經(jīng)常設(shè)置有源元件和其支撐結(jié)構(gòu)，它們與器件的底部(安裝面)及器件安裝于其上的外部散熱片有著密切的散熱關(guān)系。安裝到外部散熱片上一般都是借助單個螺栓(螺釘)實現(xiàn)的。
人們總是要求增大電子或電器件的額定功率，特別是基本上不增加成本地增大額定功率。另外，如果能夠只增加一點或不增加成本地構(gòu)成所述類型的功率電阻器件，以得到較高的額定功率的話，對該行業(yè)是十分有益的。
發(fā)明概述當(dāng)功率電阻器的有源元件恰好設(shè)置于中心之下(恰好是器件的中間平面之下)時，例如設(shè)置于器件的底部或粘結(jié)到設(shè)于器件底部的金屬片上時，封裝自然要產(chǎn)生輕度的翹曲或彎曲。(翹曲或彎曲不一定是平滑曲線)。即使封裝(主體)模具的底面平坦，且形成封裝的合成樹脂為剛性環(huán)氧樹脂(或類同物)，情況也是如此。所述翹曲或彎曲在器件的安裝(底部)面(鄰近外部散熱片的面)形成凸面，且沿器件的縱向取向(由于該部分的幾何形狀的緣故，還有一較小的面到面翹曲)。
翹曲的原因是塑料(模制材料)的熱膨張系數(shù)(TCE)比有源元件或與金屬片粘結(jié)的有源元件高的緣故。高溫模制工藝后，在器件的冷卻過程中，由于塑料有較高的TCE，且因有源元件上的部分較厚，產(chǎn)生了彎曲力，導(dǎo)致了翹曲或彎曲。比外，模制后模制塑料的固化引起的收縮更進(jìn)一步增加了導(dǎo)致翹曲的力。
本說明書中所述的模制工藝為典型的壓鑄，也可以是(例如)注射模法。
對于普通大小的零部件來說，所述的翹曲一般在0.0005英寸到0.0040英寸范圍內(nèi)，這取決于塑料的類型(也說是說，取決于特定塑料的TCE和固化收縮率)。器件底面的凸?fàn)顝澢?翹曲)會減小功率運(yùn)用能力(power handling capability)或所述功率封裝的性能。在用單個螺栓將器件固定于散熱片上時，遠(yuǎn)離螺栓的器件端部(這一般是指有端子的端部)會因所謂的搖臂作用從散熱片上抬高。這種抬高在散熱片和部件的安裝面間形成間隙，所以會減小功率駕馭能力。即使該間隙中填有熱油，其熱阻抗也較高。換句話說，與較小的間隙或沒有間隙相比，因搖臂作用所致的所述間隙，其熱阻抗高到了足以嚴(yán)重影響電子器件的額定功率的程度。
本發(fā)明涉及一種功率電阻器，其中安裝力不作用于中心，而是作用于較靠近其一端片。這種安裝力的作用一般是由延伸穿過合成樹脂中的孔的單個螺栓(螺釘)引起的。
根據(jù)本的另一方案，在封裝上即在合成樹脂的底側(cè)的一端形成一模制臺階或突起，所述這一端較靠近螺栓的孔。此臺階最好是設(shè)置在安裝面遠(yuǎn)離端子的那一端的最邊緣區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方案，所形成的突起或臺階的高度(相對于安裝面來說)選成用于補(bǔ)償所述的翹曲。換言之，此臺階可以有意這樣構(gòu)成，使安裝面和散熱片之間的間隙顯著減小或消除，即遠(yuǎn)離螺孔的那一部分處的間隙顯著減小或消除。由于間隙的這種顯著減小或消除，散熱片和電阻器的發(fā)熱有源元件之間有較好的熱接觸。所以可以有較高的功率能力和/或更可靠的性能。
按優(yōu)選方式，所述臺階或突起沿邊緣延伸，并與螺孔間隔一定距離，也即，設(shè)置成沿離開端子的方向遠(yuǎn)離孔，由此增加擰緊螺栓時的轉(zhuǎn)動。結(jié)果使遠(yuǎn)離孔向著端子的器件散熱部分處向下的力較大。所述的向下的力以較大的力將封裝的散熱部分推向散熱片，并作用于用作散熱片和器件安裝面間熱界面材料的粘性熱油上。這種較大的向下的力可以改善器件和散熱片間的熱界面。
臺階、螺栓和散熱部分間的關(guān)系類似于第三級杠桿(third-class lever)。
本發(fā)明可以應(yīng)用于“TO-220”功率封裝，也可用于其它具有包圍著單個螺孔的塑料的功率封裝，所述孔偏離封裝的中心。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的功率電阻器的成比例的底視放大圖；圖2是圖1電阻器的側(cè)視剖面圖；圖3是圖2右部的進(jìn)一步放大視圖；圖4是展示現(xiàn)有技術(shù)的夸大了的主要側(cè)視剖面示圖，展示了本發(fā)明中不會發(fā)生的搖臂效應(yīng)，但未示出引線；圖5也是一幅夸大了的示圖，用于展示本發(fā)明，但也未示出引線；圖6是展示引入了本發(fā)明的一種現(xiàn)有功率電阻器的縱剖圖；圖7是展示引入了本發(fā)明的另一種現(xiàn)有功率電阻器的縱剖圖。
詳細(xì)說明優(yōu)選實施例這里引證1994年3月1日公布的美國專利5291178和1994年4月19日公布的美國專利5304977供參考，但5304977的圖8除外。這里的圖6引自美國專利5291178，圖7引自美國專利5304977(除圖7中的數(shù)字帶有字母“a”外)。
圖1展示了一種與圖7或圖6中的電阻器(或封裝)相同的功率電阻器(或模制封裝)，但有一主要不同點。所說的不同點在于，在電阻器(封裝)的下側(cè)上，在底面(安裝面)最靠近偏心的螺孔(螺釘孔)41的端部，有臺階或突起40。臺階40與孔41隔開一定間距42。
臺階40、孔41和間距42皆存在于電阻器遠(yuǎn)離電阻器的主散熱面43的那部分上。面43是有源元件陶瓷基片的下表面，或是粘結(jié)在有源元件上的金屬片的下表面，參看所引證的專利。引線(端子)44一般與面43一樣在電阻器的相同部分上，因此遠(yuǎn)離臺階40、孔41和間距42。
所述的優(yōu)選功率電阻器具有基本為矩形的模制體(封裝)，模制體在端子44的方向為長邊。其上表面為45，鏡像側(cè)面為46，端面為47，48，底面為49。底面49為用于貼附例如底板、金屬板等散熱片的平坦上表面的安裝面。除上述的輕度翹曲或彎曲外，底面49是平坦的?？?1基本上垂直于底面49。
散熱面43與底面(安裝面)49的其余部分同面。
除面43為陶瓷或金屬外，電阻器(電阻器封裝)的所有面皆為合成樹脂(塑料)。
夸大的附圖4和5表示的皆是圖7。作為第二實施例，圖4和5表示的皆是圖6。在每情況下，圖4中沒有引入本發(fā)明，而圖5引入了本發(fā)明。
圖4和5中示出了有平坦上表面53的銅(或鋁等)散熱片板52，其上帶有與之垂直的螺孔，用于容納所述螺栓(螺釘)54。螺栓54(螺釘)延伸穿過螺孔41，并緊固于散熱片52上。
參見圖4，該圖在不采用本發(fā)明的情況下，示出了如何由于螺栓54的擰緊導(dǎo)致了搖臂作用，由于該作用電阻器靠近螺孔41的那部分保持向下，而遠(yuǎn)離螺孔的部分抬起，形成間隙56。盡管間隙56中填充了熱油或其它增強(qiáng)導(dǎo)熱能力的物質(zhì)(未示出)，但圖4的情況嚴(yán)重妨礙了從陶瓷基片(引自美國專利5304977的圖7中標(biāo)示為數(shù)字13a)向散熱片52的熱傳導(dǎo)。
參見圖5，在采用了本發(fā)明后，在螺栓54擰緊時，臺階40起作用，使底面49遠(yuǎn)離臺階的以很大面積緊靠著或附著于散熱片的上表面53。于是間隙56顯著減小，可以極大地減少設(shè)置于有些彎曲或翹曲的底面49與平坦上表面53之間的熱油。與圖4的構(gòu)形相比，額定功率可以顯著提高。
下面說明臺階或突起40的優(yōu)選構(gòu)形，并特別參考圖1、3和5，應(yīng)指出的是，基本上為平底的隆起57鄰近端部48，并平行于面49的間距42處的區(qū)域，并最好是在電阻器主體的所有方向延伸。在其較靠近孔41的那側(cè)，臺階40在間距42處向著面49傾斜。這樣臺階在最好是與螺孔41隔開的區(qū)58處與面49交匯。
對于最普通尺寸的電阻器來說，隆起57的底和面49的鄰近部分(即間距42處)間的垂直距離為0.0005英寸到0.0040英寸。電阻器主體的厚度，即電阻器的面49與45間的距離一般約為0.125英寸。一般情況下，電阻器(封裝)的底面和上表面為約0.6英寸長，約0.4英寸寬，底面的面積小于1平方英寸。
一般情況下，電阻器(封裝)的長度為0.40-1.10英寸。電阻器(封裝)的寬度為0.250-0.70英寸。電阻器(封裝)的厚度為0.080-0.300英寸。
在實施本發(fā)明時，只需要通過按補(bǔ)償臺階40的方式，加深鄰近螺孔端的底部，改變現(xiàn)有的模具即可。然后，只將電阻器安裝于散熱片上，并插入螺栓(螺釘)，并向下旋轉(zhuǎn)到與現(xiàn)有技術(shù)相同的程度即可。結(jié)果是，特別是對于有陶瓷散熱面14a的圖7所示電阻器，功率駕馭能力顯著增加。
臺階40、螺栓54和電阻器的遠(yuǎn)離螺孔41的那部分(即散熱面43處)間的關(guān)系類似于第三級杠桿，電阻器(封裝)主體為實際的杠桿。臺階40為支點，螺栓54施加作用力，面53和其上的油為阻力或負(fù)載。
表I本說明書的圖7(現(xiàn)有技術(shù))中的數(shù)字和部件引自美國專利5304977，只是每個數(shù)字后加了“a”10a 合成樹脂主體(模制)11a 平坦上表面12a 下表面
13a 基片(陶瓷)14a 基片的底面16a 螺孔22a 引線或端子23a 端部(end section)24a 觸頭(tab)26a 抬起部分(riser portion)27a 基本部分(section)28a 肩(shoulder)29a 頭部(prong)31a 抬起處的凹口(notch in riser)32a 凹口或凹槽(notch or recess)表II本說明書的圖6(現(xiàn)有支術(shù))中的數(shù)字和部件引自美國專利529117810 基片11 內(nèi)部散熱片(金屬)12 金屬線(metalization traces)13 電阻膜14 涂層(釉面)15 引線或管腳17 合成樹脂主體(模制)31 模制體的上表面35 端面36 端面38 孔在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電阻元件是平板狀，是其上最好通過絲網(wǎng)印刷淀積有電阻膜。
在圖7的實施例中，如有關(guān)的專利所述，基片13a的上表面上有電阻材料膜的陶瓷基片。
如圖6和7所示，水平中間平面上的合成樹脂明顯多于該平面下的樹脂。
以上的詳細(xì)說明目的只是通過描述和實例能使人清楚地理解本發(fā)明，本發(fā)明的精神和范圍由所附的權(quán)利要求書唯一限定。
權(quán)利要求
1.功率電阻器，包括(a)電阻元件，(b)包圍所述電阻元件的一般為矩形的模制合成樹脂主體，所述電阻元件與所述主體的關(guān)系是，所述電阻元件靠近所述主體的底面設(shè)置，且與所述主體的上表面隔開一定距離，所述主體的底面由于模制材料的固有作用力而一定程度地向下彎曲，在所述主體中所述電阻元件的所述位置處，凸面平行于所述主體，(c)延伸穿過所述主體，并較靠近所述主體的一端的螺孔，及(D)所述主體底面上、靠近所述主體的所述一端的突起裝置，所述突起裝置有一定的形狀、大小和位置，所以在螺栓穿過所述螺孔，并擰緊于具有平坦上表面的底部散熱片時，與不存在所述突起裝置時相比，所述突起裝置和所述凸面使得所述底面的所述電阻元件區(qū)更貼近所述散熱片的平坦上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述功率電阻器具有螺栓和上表面平坦的散熱片，所述螺栓延伸穿過所述散熱片中的所述螺孔。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)明，其特征在于，在所述底面和所述平坦上表面之間提供有熱油。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述電阻元件包括陶瓷基片，陶瓷基片的底側(cè)與所述底面共面，所述底側(cè)裸露，在擰緊所述螺栓時，該底側(cè)與所述平坦上表面貼近。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述突起裝置的底側(cè)在所述電阻器的底面下并與之間隔0.0005-0.0040英寸。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述主體的長度為0.400-1.10英寸。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述電阻元件貼近金屬板，金屬板的底側(cè)與所述底面共面，所述底側(cè)裸露，在擰緊所述螺栓時，該底側(cè)與所述平坦上表面貼近。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)明，其特征在于，所述電阻元件粘結(jié)于所述金屬板上。
9.用于電子器件的熱效率高且散熱片固定的熱傳導(dǎo)封裝，所述電子器件在工作時產(chǎn)生大量熱，所述封裝包括(a)一般為矩形的合成樹脂主體，所述主體已模制成包圍電子器件，使得所述主體的中間平面上的樹脂多于所述平面下的樹脂，所述主體的底面或安裝面將安裝在散熱片的平坦上表面上，所述底面趨于平坦，但在垂直于封裝的縱向上向下彎曲，所述主體上有使螺栓穿過的安裝孔，該孔不在所述主體的中心，而較靠近所述主體的一端，(b)在所述主體底面上、且在所述主體與所述安裝孔相同的部分上有意設(shè)置的突起裝置，以便在所述螺栓穿過所述孔，并用所述散熱片的所述平坦表面擰緊到散熱片上時，貼于所述散熱片上，并增加熱傳導(dǎo)率。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述電子器件是電阻元件。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)明，其特征在于，所述電阻元件包括薄陶瓷基片，其上表面上有電阻膜。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述基片的底裸露，其下沒有金屬片或樹脂。
13.如權(quán)利要求10所述的發(fā)明，其特征在于，所述電阻元件包括薄陶瓷基片，其上表面上有電阻膜，還包括粘結(jié)于所述基片底側(cè)的金屬片，所述金屬片的底裸露。
14.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述封裝設(shè)置于其中有孔的散熱片的平坦表面上，螺栓插過所述主體中的所述安裝孔，進(jìn)入所述散熱片的所述孔中，并在將遠(yuǎn)離所述安裝孔的所述主體部分向所述散熱片移動時，將之?dāng)Q緊，使之與所述突起裝置共同作用。
15.如權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其特征在于，所述突起裝置比所述安裝孔更靠近所述主體的一端。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)明，其特征在于，所述突起裝置距安裝孔一定距離。
17.如權(quán)利要求15所述的發(fā)明，其特征在于，所述突起裝置是在所述底面或安裝面上模制的臺階。
18.如權(quán)利要求15所述的發(fā)明，其特征在于，所述突起裝置為一隆起，其相對所述安裝面的高度為0.0005-0.0040英寸。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)明，其特征在于，所述封裝的長度為0.40-1.10英寸。所述封裝的寬度為0.250-0.70英寸，所述封裝的厚度為0.080-0.300英寸。
20.用于電元件的發(fā)熱有源元件的封裝，包括(a)按以下方式包圍著發(fā)熱有源元件的模制合成樹脂i)所述主體的底基本平坦(nominally flat)，ii)所述主體的中間平面上的合成樹脂比其下面的更多，由此所述主體的所述底面在平行于所述主體的方向向外凸出或翹曲，(b)穿過所述主體的孔，一般垂直于所述底面，并與所述主體的中心相距一定距離并向著其一端，及(c)設(shè)置于所述底面上所述孔與所述一端之間的臺階，其特征在于，在螺栓穿過所述孔，并擰緊于所述散熱片的平坦表面上時，三級杠桿作用使得從所述主體到所述散熱片的熱傳導(dǎo)加強(qiáng)。
全文摘要
一種功率電阻器(46),由于設(shè)置有臺階或突起(40),底下的散熱片(43)的散熱能力增強(qiáng),所述臺階或突起與安裝螺栓或螺釘(54)共同作用,明顯避免了模制引起的翹曲或彎曲效應(yīng)(42)。
文檔編號H01C1/08GK1198244SQ96194863
公開日1998年11月4日 申請日期1996年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月20日
發(fā)明者小R·E·卡杜克, R·E·卡杜克 申請人:卡杜克電子有限公司