專利名稱：安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝半導(dǎo)體器件的技術(shù)，尤其涉及安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常經(jīng)半導(dǎo)體器件插座把半導(dǎo)體器件安裝到印刷電路板上。通過(guò)以這種方式安裝半導(dǎo)體器件，如果發(fā)生器件失效可以容易地去掉和替該換器件。
半導(dǎo)體器件封裝采用多種形式。在無(wú)蓋半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體管芯(semiconductor die)安裝到基板上。在其下側(cè)具有尺寸大小適合容納該管芯的空腔的散熱板被安裝在基板上，管芯位于該空腔內(nèi)。在環(huán)繞管芯區(qū)域中的空腔中未充滿熱環(huán)氧樹脂。該結(jié)構(gòu)提供了半導(dǎo)體器件的機(jī)械硬度并可以從管芯移走熱量。更具體地說(shuō)，通過(guò)使散熱片鄰接(abutting)散熱板頂表面可以實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體管芯移走熱量。熱量從管芯轉(zhuǎn)移到熱環(huán)氧樹脂，從熱環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)移到散熱板和鄰近的散熱片。為了有效地移走熱量，散熱片必須把足夠的力施加到無(wú)蓋器件的頂表面以獲得良好的熱傳導(dǎo)。
由于熱環(huán)氧樹脂不是理想的熱導(dǎo)體，上面介紹的技術(shù)不能最佳地移走熱量。不能從半導(dǎo)體器件充分地移走熱量將導(dǎo)致器件失效。
認(rèn)識(shí)到熱環(huán)氧樹脂妨礙從半導(dǎo)體管芯移走熱量，所以，在某些系統(tǒng)中，應(yīng)用無(wú)蓋半導(dǎo)體器件。更具體地說(shuō)，把具有球柵陣列的無(wú)蓋半導(dǎo)體器件直接焊接到電路板上。在這些器件上安裝散熱片并向散熱片施加壓力以使散熱片緊靠管芯的頂表面，從而在管芯的頂表面和散熱片之間提供有效的熱傳導(dǎo)界面。
盡管理想的是應(yīng)用安裝半導(dǎo)體器件的插座，但是安裝諸如焊盤柵陣列(LGA)器件之類的無(wú)蓋半導(dǎo)體器件是有問(wèn)題的。需要最小壓力確保LGA器件下面觸點(diǎn)和插座中有關(guān)導(dǎo)電觸點(diǎn)之間適當(dāng)?shù)碾妭鲗?dǎo)。需要相當(dāng)小的壓力在散熱片和無(wú)蓋器件的頂表面之間提供適當(dāng)?shù)臒醾鲗?dǎo)。向無(wú)蓋器件的頂表面施加足以在半導(dǎo)體器件觸點(diǎn)和插座觸點(diǎn)之間獲得良好的電傳導(dǎo)的力可能導(dǎo)致對(duì)半導(dǎo)體管芯造成損傷。
因此，要解決的一個(gè)問(wèn)題是以提供在各個(gè)界面確保適當(dāng)電傳導(dǎo)所需的力、同時(shí)不使半導(dǎo)體管芯遭受由散熱片引入的擠壓力(expressive force)造成的潛在損傷的方式，如何把無(wú)蓋半導(dǎo)體器件安裝到諸如LGA插座之類的插座內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
這個(gè)問(wèn)題是由本發(fā)明按照權(quán)利要求1解決的。
本發(fā)明是無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的裝配組件，該無(wú)蓋半導(dǎo)體器件包括其上安裝有半導(dǎo)體管芯的基板和處在基板下面的導(dǎo)電觸點(diǎn)。裝配組件包括電路板和在電路板上的多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)，以及安裝在電路板上的插座。插座具有多個(gè)導(dǎo)電部件，所述多個(gè)導(dǎo)電部件被布置成當(dāng)把無(wú)蓋半導(dǎo)體器件安裝到插座上時(shí)將基板上的導(dǎo)電觸點(diǎn)與電路板上的導(dǎo)電觸點(diǎn)電連接。安裝散熱片，使散熱片的表面鄰接半導(dǎo)體管芯的頂表面。對(duì)第一彈簧進(jìn)行有效地(operatively)連接，以向基板施加向下的壓力，而沒(méi)有任何壓力施加到半導(dǎo)體管芯上，并且對(duì)第二彈簧進(jìn)行有效地連接，以向散熱片施加向下的力，以促使散熱片表面與半導(dǎo)體管芯的頂表面形成熱傳導(dǎo)鄰接的關(guān)系。


現(xiàn)在將參照附圖通過(guò)實(shí)例介紹發(fā)明，其中圖1是按照本發(fā)明用于安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的組件俯視分解透視圖；圖2是圖1的組件的仰視分解透視圖；圖3是圖1組件的俯視平面圖；和圖4是沿著圖3所示的XX截面的圖1的組件的側(cè)面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明，公開了在合作插座(cooperative soket)內(nèi)安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體器件諸如無(wú)蓋焊盤柵陣列(LGA)器件之類的方法和設(shè)備。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，無(wú)蓋半導(dǎo)體器件包括基板和安裝在基板上的半導(dǎo)體管芯。第一組彈簧把插座的導(dǎo)電接觸部件壓緊，使之與在無(wú)蓋半導(dǎo)體器件下面上相應(yīng)觸點(diǎn)和設(shè)置在印刷電路板上的觸點(diǎn)形成導(dǎo)電的關(guān)系。選擇第一彈簧，以提供確保在半導(dǎo)體器件和印刷電路板上的各個(gè)觸點(diǎn)之間適當(dāng)電傳導(dǎo)的壓力。第二組彈簧將散熱片的接觸表面壓靠在半導(dǎo)體管芯的頂表面上，以在散熱片和半導(dǎo)體管芯之間產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。由散熱片施加到半導(dǎo)體管芯上的壓力應(yīng)足夠低，以避免對(duì)半導(dǎo)體管芯造成損傷，同時(shí)足以在管芯和散熱片之間提供良好的熱傳導(dǎo)。
更具體地說(shuō)，參照?qǐng)D1和2，示出了安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體管芯10的裝配組件2。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10包括基板12和與基板12電和機(jī)械耦合的半導(dǎo)體管芯14?；?2包括在基板12的下面以預(yù)定柵陣列排列的導(dǎo)電觸點(diǎn)16(參見(jiàn)圖2)。半導(dǎo)體插座20包括一個(gè)尺寸可以容納無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10的腔22。插座20包括安裝在載體26內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)電部件24。插座20可安裝到印刷電路板30上。印刷電路板30包括以相應(yīng)于在無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10基板12下面上的觸點(diǎn)圖案的預(yù)定柵陣列圖案排列的多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)32。當(dāng)插座20被安裝到印刷電路板30上并且無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10以組裝關(guān)系安裝在插座20內(nèi)時(shí)，導(dǎo)電部件24打算將印刷電路板30上的導(dǎo)電觸點(diǎn)32與基板12下面的導(dǎo)電觸點(diǎn)16導(dǎo)電耦合。
裝配組件(mounting assemble)2還包括在各個(gè)角具有開口42的散熱片40。組件2還包括有頭螺釘44、一組具有第一直徑的第一彈簧組46和一組具有第二較大直徑的第二彈簧組48。有頭螺釘44包括用作第一彈簧限制器(spring restraint)的第一肩部50、用作第二彈簧限制器的第二肩部52和螺紋螺釘部分54(參見(jiàn)圖4)。第一彈簧46的外直徑小于第二彈簧48的內(nèi)直徑，從而如隨后介紹的那樣第一彈簧46可以插到第二彈簧48內(nèi)。此外，組件2包括一壓力板60，該壓力板60具有大體呈矩形的中心開口62和處在壓力板60角部、尺寸可以容納套管66的通孔64。最后，組件2包括一支撐板80，該支撐板80具有處于支撐板80的角部、尺寸可以容納托腳(standoff)84的通孔82。托腳84包括在托腳84上端的、尺寸可以容納有頭螺釘44的螺紋螺釘部分54的螺紋孔86。在托腳84的下端設(shè)置頭88。托腳84包括在頭88正上方的減小直徑部分90，如所示的那樣，當(dāng)托腳84安裝在支撐板80內(nèi)時(shí)，其在支撐板80內(nèi)提供與通孔82的靜配合。更具體地說(shuō)，托腳84從支撐板80的下面通過(guò)通孔82被插入并壓入安裝位置中，在該位置，由于托腳84的減小直徑部分90和在支撐板80內(nèi)通孔82的側(cè)面之間的靜配合，托腳84被保持在支撐板80內(nèi)。以下詳細(xì)地介紹各個(gè)部件的功能。
套管66具有下端部分68(參見(jiàn)圖4)，其直徑的尺寸被設(shè)計(jì)成與壓力板60中的通孔64形成靜配合。此外，套管66具有延伸穿國(guó)套管66的通孔72。在套管66內(nèi)的孔72具有尺寸在以裝配關(guān)系設(shè)置部件時(shí)允許托腳84穿過(guò)套管66的直徑。
以下參照?qǐng)D1-4一般性地介紹在裝配組件2內(nèi)各個(gè)部件的操作和功能。圖3示出裝配組件2的俯視平面圖。圖4是通過(guò)圖3所示的XX平面裝配組件2的側(cè)剖面圖。
更具體地說(shuō)，托腳84如上面所介紹的那樣被安裝在支撐板80的各個(gè)通孔82內(nèi)，并且托腳84通過(guò)相應(yīng)的開口34插到印刷電路板30內(nèi)。插座20被設(shè)置在印刷電路板30上的一安裝部位，使得插座20的導(dǎo)電部件24接觸印刷電路板30上相應(yīng)的觸點(diǎn)32。無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10被設(shè)置在插座20內(nèi)，使得無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10的基板12下面上的觸點(diǎn)16接觸在插座20內(nèi)的相應(yīng)的導(dǎo)電部件24。具有被安裝在壓力板60的通孔64中的套管66的壓力板60被設(shè)置在無(wú)蓋半導(dǎo)體器件10上，使得每個(gè)托腳84的上端延伸到相應(yīng)套管66的通孔72中，并且半導(dǎo)體管芯14伸入到壓力板60中的大體呈矩形的開口62中。散熱片40位于壓力板60上，使得散熱片40的各個(gè)角上的開口42與托腳84的螺紋孔86共軸對(duì)齊。從散熱片40的下面向下延伸的大體呈矩形的支座56鄰近半導(dǎo)體管芯14的頂表面。
第一彈簧46具有允許第一彈簧46環(huán)繞有頭螺釘44設(shè)置的內(nèi)徑。每個(gè)第一彈簧46的上端鄰近各個(gè)有頭螺釘44的第一肩部50。第一彈簧的下端被設(shè)置在套管66的上端70之上。在散熱片40的各個(gè)角上的通孔42具有比第一彈簧46外徑大的直徑，以便允許第一彈簧46穿過(guò)通孔42。因此，在擰緊有頭螺釘44時(shí)，第一彈簧46經(jīng)壓力板60和安裝在其內(nèi)的套管66向基板12施加向下的壓力。通過(guò)壓力板60施加到基板12上的壓力使導(dǎo)電部件24將印刷電路板30的觸點(diǎn)32與設(shè)置在半導(dǎo)體器件基板12的下面上的觸點(diǎn)16電耦合。
第二彈簧48具有比第一彈簧46的外直徑大的內(nèi)徑。這允許環(huán)繞有頭螺釘44并且在第一彈簧46之上設(shè)置第二彈簧48。如圖4所描述的，當(dāng)安裝無(wú)蓋半導(dǎo)體器件時(shí)，第二彈簧48的上端鄰近有頭螺釘44的第二肩部52，第二彈簧48的下端鄰近環(huán)繞通孔42的散熱片40的表面。這樣，擰緊有頭螺釘44使得第二彈簧48向散熱片40施加向下的力并促使散熱片支座56與半導(dǎo)體管芯14的頂表面導(dǎo)熱(themally conductive)接觸。
第二彈簧48的剛度(stiffness)小于第一彈簧46的剛度，以確保由支座56向半導(dǎo)體管芯14的頂表面施加的壓力不會(huì)大到對(duì)半導(dǎo)體管芯14造成損傷。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的裝配組件(10)，所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件包括其上安裝有一半導(dǎo)體管芯(14)的一基板(12)和在所述基板下面上的導(dǎo)電觸點(diǎn)(16)，所述的裝配組件包括一電路板(30)和處在所述電路板上的多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)(32)；一插座(20)，用于所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件，所述插座被安裝在所述電路板上并具有多個(gè)導(dǎo)電部件(24)，所述多個(gè)導(dǎo)電部件(24)被布置成當(dāng)把所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件安裝到所述插座上時(shí)將處在所述基板上的所述導(dǎo)電觸點(diǎn)與處在所述電路板上的所述導(dǎo)電觸點(diǎn)電連接；一散熱片(40)，被安裝成散熱片的表面與所述半導(dǎo)體管芯的頂表面鄰近，其特征在于第一彈簧(46)被有效地連接，以向所述基板施加一向下的壓力，而沒(méi)有任何壓力施加到所述半導(dǎo)體管芯上，并且第二彈簧(48)被有效地連接，以向所述散熱片施加向下的力，促使所述散熱片表面處于與所述半導(dǎo)體管芯的頂表面形成熱傳導(dǎo)鄰接關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的裝配組件，其中所述第一彈簧的每一個(gè)具有鄰接一相應(yīng)第一彈簧限制器的一端和鄰接所述基板的另一端，所述第二彈簧的每一個(gè)具有鄰接一相應(yīng)第二彈簧限制器的一端和鄰近所述散熱片的另一端。
3.如權(quán)利要求2所述的裝配組件，其中所述第一和第二彈簧限制器包括有頭螺釘(44)，所述第一彈簧限制器對(duì)應(yīng)所述有頭螺釘上的一第一肩部(50)，所述第二彈簧限制器對(duì)應(yīng)所述有頭螺釘上的一第二肩部(52)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝配組件，其中所述組件還包括當(dāng)所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件以組裝關(guān)系設(shè)置在所述插座內(nèi)時(shí)在所述散熱片和所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件的基板之間設(shè)置的一壓力板(60)，并且所述第一彈簧有效地向所述壓力板施加一向下的壓力，所述壓力板把所述向下的壓力施加到所述基板上。
5.如權(quán)利要求4所述的裝配組件，其中所述壓力板具有處在所述壓力板的中心部分的一開口(62)，其尺寸可以容納所述半導(dǎo)體管芯。
6.如權(quán)利要求5所述的裝配組件，其中所述散熱片包括一向下延伸的整體的支座(56)，其具有與所述散熱片表面對(duì)應(yīng)的一底表面。
7.如權(quán)利要求6所述的裝配組件，其中所述壓力板開口的尺寸允許所述支座延伸進(jìn)到所述開口中并鄰接所述半導(dǎo)體管芯的所述頂表面。
8.如權(quán)利要求3所述的裝配組件，其中所述組件還包括設(shè)置在所述印刷電路板下的一支撐板(80)；安裝在所述支撐板內(nèi)并延伸穿過(guò)所述電路板中的相應(yīng)開口(34)的多個(gè)托腳(84)，所述有頭螺釘延伸穿過(guò)設(shè)置在所述散熱板的下表面上的開口、穿過(guò)設(shè)置在所述壓力板上的開口和穿過(guò)所述第一和第二彈簧，所述托腳的每一個(gè)在其上端具有一螺紋鉆孔(86)，所述有頭螺釘?shù)拿恳粋€(gè)在其下端具有螺紋螺釘部分(54)，所述螺紋螺釘部分(54)被擰到所述相應(yīng)托腳的螺紋孔中，從而以組裝關(guān)系夾持所述散熱片、所述壓力板、所述無(wú)蓋半導(dǎo)體器件、所述插座、所述電路板和所述支撐板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無(wú)蓋半導(dǎo)體器件(10)的裝配組件，該無(wú)蓋半導(dǎo)體器件(10)包括其上安裝有半導(dǎo)體管芯(14)的基板(12)和在基板下面上的導(dǎo)電觸點(diǎn)(16)。裝配組件包括電路板(30)和電路板上的多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)(32)，以及安裝在電路板上的插座(20)。插座具有多個(gè)導(dǎo)電部件(24)，該多個(gè)導(dǎo)電部件(24)被布置成當(dāng)把無(wú)蓋半導(dǎo)體器件安裝到插座上時(shí)通過(guò)在電路板上的導(dǎo)電觸點(diǎn)與基板上的導(dǎo)電觸點(diǎn)電連接。安裝散熱片(40)，使散熱片的表面與半導(dǎo)體管芯的頂表面鄰近。對(duì)第一彈簧(46)進(jìn)行有效地連接，以向基板施加向下的壓力，而同時(shí)沒(méi)有任何壓力施加到半導(dǎo)體管芯上，并且對(duì)第二彈簧(48)進(jìn)行有效地連接，以向散熱片施加向下的力，以促使散熱片表面與半導(dǎo)體管芯的頂表面形成熱傳導(dǎo)鄰接關(guān)系。
文檔編號(hào)H05K7/10GK1618127SQ02827989
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者喬納森·W·古德溫 申請(qǐng)人:蒂科電子公司