用于大功率半導體器件的緊固裝置及其緊固方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于大功率半導體器件的緊固裝置及其緊固方法，該緊固裝置包括：設在待壓器件上面和下面的上壓板與下底板，連接及施壓機構，和具有彈性的壓力限位機構，其設在上壓板的側面，且一端與上壓板側面的一端固定連接，其另一端抵在上壓板的側面的另一端；在初始狀態時壓力限位機構的上表面與上壓板的兩端平面平齊；對上壓板的兩端施加壓力時，上壓板發生變形；當上壓板的變形達到壓力限位機構的設定值時，壓力限位機構未固定的一端彈起，使得壓力限位機構未固定的一端的上平面超出上壓板對應端的上平面。該緊固裝置能使用普通扳手進行加壓緊固、能較準確地得到施加壓力值、提高效率和適用于批量生產。
【專利說明】用于大功率半導體器件的緊固裝置及其緊固方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種緊固裝置及其緊固方法，具體涉及一種用于大功率半導體器件的緊固裝置及其緊固方法。
【背景技術】
[0002]大功率半導體器件一般是平板型器件，該類器件一般由芯片，鑰片，管蓋和管座構成。每部分之間直接是通過一定的定位方式組裝在一起，存在較大的接觸熱阻和電阻。如要器件正常工作，必須通過一定的壓力將器件壓緊，從而減少器件各部分之間的接觸熱阻和電阻。
[0003]器件通常是和散熱器一起工作，通過特殊設計的緊固夾具壓接在一起，組成一個電聯接單元。由于器件芯片的大小不同，所需要的壓力值也不同，因此所對應的緊固夾具也不相同。
[0004]如圖4所示，現有技術的用于大功率半導體器件的緊固裝置或緊固夾具在設計時一般包括上下兩塊壓板I’和2’組成，通過螺栓螺母3’連接在一起。兩塊壓板I’和2’在與大功率半導體器件5’及其他部件組裝完成后，通過力矩扳手擰緊螺栓上的螺母來施加壓力。現有通常情況下，大功率半導體器件5’所需要的壓力是通過力矩扳手的力矩值來確定的，而力矩扳手的力矩大小又是通過螺栓大小和器件5’所需要的壓力進行計算得到的。但該緊固裝置或緊固夾具在壓裝過程中，由于制造工藝、摩擦力等因素的影響，通過理論計算得到的力矩值往往不能準確反映真實的壓力值，使得實際使用中，出現無法測量壓力和施加壓力不準等問題。為了更好地施加壓力，需要使用力矩扳手和多次調整壓力，不僅降低了效率，而且不利于批量生產。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的一個技術問題是，提供一種能使用普通扳手進行加壓緊固、能較準確地得到施加壓力值、提高效率和適用于批量生產的用于大功率半導體器件的緊固裝置。
[0006]針對該技術問題，本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的用于大功率半導體器件的緊固裝置，包括:
[0007]上壓板，設在待壓器件上；
[0008]下底板，設在待壓器件下；
[0009]連接及施壓機構，用于上壓板的兩端和下底板的兩端的連接以及對上壓板的兩端施加壓力；和
[0010]具有彈性的壓力限位機構，其設在上壓板的側面，且一端與上壓板側面的一端固定連接，其另一端抵在上壓板的側面的另一端；
[0011]在初始狀態時壓力限位機構的上表面與上壓板的兩端平面平齊；
[0012]對上壓板的兩端施加壓力時，上壓板發生變形；當上壓板的變形達到壓力限位機構的設定值時，壓力限位機構未固定的一端彈起，使得壓力限位機構未固定的一端的上平面超出上壓板對應端的上平面。
[0013]與現有技術相比，本發明的用于大功率半導體器件的緊固裝置具有以下優點:由于本發明中通過設置壓力限位機構來判斷壓力值是否達到了設定值，不需要專門的力矩扳手，使用普通的力矩扳手就可準確地施加壓力和判斷壓力達到設定值，不需要多次調整壓力，提高了效率，同時也適用于批量生產。而且根據設置的壓力限位機構可以較準確地得到施加的壓力值。
[0014]作為本發明的緊固裝置的一種優選，所述壓力限位機構靠近抵接的一端設有向外側彎曲的彎曲段，所述彎曲段在施加壓力較小時向內變形靠近上壓板。在壓力較小時上壓板的變形較小，彎曲段向內變形靠近上壓板。當壓力達到設定值時，上壓板的變形增大，呈中部向上拱起，壓力限位機構未固定的一端的上平面凸出上壓板對應端的上平面。
[0015]作為本發明的緊固裝置的一種改進，所述上壓板的底面中部設有弧形或半圓形凸起。所述弧形或半圓形凸起壓在大功率半導體器件上時，能起到均勻施加壓力的作用。
[0016]作為本發明的緊固裝置的另一種優選，所述上壓板的頂面設有弧狀凸臺。能增加上壓板的強度，施加壓力時不容易被損壞。
[0017]作為本發明的緊固裝置的還有一種優選，所述連接及施壓機構為緊固件。
[0018]本發明所要解決的另一個技術問題是，提供一種能提高效率和適用于批量生產的用于大功率半導體器件的緊固方法，該方法采用本發明的緊固裝置，并包括以下步驟:
[0019]I)將壓力限位機構、上壓板、下底板、待壓器件和連接及施壓機構進行裝配；
[0020]2)通過兩端的連接及施壓機構逐步施加壓力；
[0021]3)待壓力限位機構的一端彈起使得壓力限位機構未固定的一端的上平面超出上壓板對應端的上平面，停止施壓。
[0022]該方法在對待壓器件進行緊固時，使用普通扳手即可施加壓力，而且能通過壓力限位機構來判斷施加壓力值是否達到設定值，從而能提高效率和適用于批量生產。
[0023]作為本發明的緊固方法的一種優選，步驟I)中，在安裝時，所述上壓板的底面凸起與待壓器件的上端面凹槽對應安裝。所述底面凸起與待壓器件的上端面凹槽對應安裝，能均勻施加壓力。
[0024]作為本發明的緊固方法的一種優選，在步驟I)的裝配完成后，需要對壓力限位機構和上壓板的裝配位置進行檢測，使得在施加壓力前，所述壓力限位機構的兩端的上平面與上壓板的兩端的、用于安裝連接及施壓機構的上平面分別平齊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1所示是本發明的用于大功率半導體器件的緊固裝置的結構示意圖。
[0026]圖2所示是圖1中的壓力限位機構與上壓板連接的結構示意圖。
[0027]圖3所示是圖2中的俯視結構示意圖。
[0028]圖4所示是現有技術的用于大功率半導體器件的緊固裝置的結構示意圖。
[0029]圖1?3中所示:1、上壓板，1.1、凸起，1.2、凸臺，2、下底板，3、連接及施壓機構，4、壓力限位機構，4.1、彎曲段，5、待壓器件。
[0030]圖4中所示:I’、上壓板，2’、下底板，3’、螺栓螺母，5’、待壓器件。【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0032]如圖1?圖3所示為本發明的用于大功率半導體器件的緊固裝置的一種具體實施例。在該實施例中，該用于大功率半導體器件的緊固裝置包括:
[0033]上壓板I，設在待壓器件5上；
[0034]下底板2，設在待壓器件5下；
[0035]連接及施壓機構3，用于上壓板I的兩端和下底板2的兩端的連接以及對上壓板I的兩端施加壓力；和
[0036]具有彈性的壓力限位機構4，其設在上壓板I的側面，且一端與上壓板I側面的一端固定連接，其另一端抵在上壓板I的側面的另一端；
[0037]在初始狀態時壓力限位機構4的上表面與上壓板I的兩端平面1.1平齊；
[0038]通過普通扳手對位于上壓板I的兩端的連接及施壓機構3施加壓力時，上壓板I發生變形；當上壓板I的變形達到壓力限位機構4的設定值時，壓力限位機構4未固定的一端彈起，使得壓力限位機構4未固定的一端的上平面超出上壓板I對應端的上平面。所述彈起也指的是壓力限位機構4未固定的一端的上平面超出上壓板I對應端的上平面。
[0039]在本實施例中，待壓器件5指的是大功率半導體器件。
[0040]所述壓力限位機構4靠近抵接的一端設有向外側彎曲的彎曲段4.1，所述彎曲段
4.1在施加壓力較小時向內變形靠近上壓板I。所述壓力限位機構4也稱為壓力卡尺，其固定端設有通孔或螺紋孔，用于通過螺釘等緊固件與上壓板I的一端固定連接。
[0041]所述上壓板I的底面中部設有弧形或半圓形凸起1.1。在本實施例中，所述凸起
1.1為半圓弧，所述半圓弧與上壓板I的底面兩側設有圓弧過渡。
[0042]所述上壓板I的頂面設有弧狀凸臺1.2。
[0043]所述連接及施壓機構3為緊固件。
[0044]本發明還公開了用于大功率半導體器件的緊固方法，該緊固方法采用本發明的緊固裝置，并包括以下步驟:
[0045]I)將壓力限位機構4、上壓板1、下底板2、待壓器件5和連接及施壓機構3進行裝配；
[0046]2)通過兩端的連接及施壓機構3逐步施加壓力；
[0047]3)待壓力限位機構4的一端彈起使得壓力限位機構4未固定的一端的上平面超出上壓板I對應端的上平面，停止施壓。
[0048]步驟I)中，在安裝時，所述上壓板I的底面凸起1.1與待壓器件5的上端面凹槽對應安裝。
[0049]在步驟I)的裝配完成后，需要對壓力限位機構4和上壓板I的裝配位置進行檢測，使得在施加壓力前，所述壓力限位機構4的兩端的上平面與上壓板I的兩端的、用于安裝連接及施壓機構3的上平面分別平齊。
[0050]由于上壓板I做成之后，其變形量與壓力會存在一個線性關系。根據待壓器件5所需要的壓力來計算上壓板I的變形量，然后根據上壓板I的變形量來設計限位機構4的厚度。反過來，根據通過限位機構4的厚度可判斷壓力的大小。[0051]說明的是，本發明的用于大功率半導體器件的緊固裝置是利用上壓板I在一定壓力下變形的遠離，如果變形量太小，效果不明顯。因此，在設計時需要保證上壓板I的變形量超過1mm，故在本實施例中，所述上壓板I的材料選用硬鋁合金。
[0052]雖然已經結合具體實施例對本發明進行了描述，然而可以理解，在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進或替換。尤其是，只要不存在結構上的沖突，各實施例中的特征均可相互結合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發明的范圍內。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種用于大功率半導體器件的緊固裝置，包括: 上壓板(I)，設在待壓器件(5 )上； 下底板(2 )，設在待壓器件(5 )下； 連接及施壓機構(3 )，用于上壓板(I)的兩端和下底板(2 )的兩端的連接以及對上壓板(O的兩端施加壓力；和 具有彈性的壓力限位機構(4)，其設在上壓板(I)的側面，且一端與上壓板(I)側面的一端固定連接，其另一端抵在上壓板(I)的側面的另一端； 在初始狀態時壓力限位機構(4)的上表面與上壓板(I)的兩端平面(1.1)平齊； 對上壓板(I)的兩端施加壓力時，上壓板(I)發生變形；當上壓板(I)的變形達到壓力限位機構(4)的設定值時，壓力限位機構(4)未固定的一端彈起，使得壓力限位機構(4)未固定的一端的上平面超出上壓板(I)對應端的上平面。
2.根據權利要求1所述的用于大功率半導體器件的緊固裝置，其特征在于，所述壓力限位機構(4)靠近抵接的一端設有向外側彎曲的彎曲段(4.1)，所述彎曲段(4.1)在施加壓力較小時向內變形靠近上壓板(I)。
3.根據權利要求1所述的用于大功率半導體器件的緊固裝置，其特征在于，所述上壓板(I)的底面中部設有弧形或半圓形凸起(1.1)。
4.根據權利要求3所述的用于大功率半導體器件的緊固裝置，其特征在于，所述上壓板(I)的頂面設有弧狀凸臺(1.2)。
5.根據權利要求1所述的用于大功率半導體器件的緊固裝置，其特征在于，所述連接及施壓機構(3)為緊固件。
6.一種用于大功率半導體器件的緊固方法，其特征在于，采用權利要求1?5所述的緊固裝置，并包括以下步驟: 1)將壓力限位機構(4)、上壓板(I)、下底板(2)、待壓器件(5)和連接及施壓機構(3)進行裝配； 2)通過兩端的連接及施壓機構(3)逐步施加壓力； 3)待壓力限位機構(4)的一端彈起使得壓力限位機構(4)未固定的一端的上平面超出上壓板(I)對應端的上平面，停止施壓。
7.根據權利要求6所述的用于大功率半導體器件的緊固方法，其特征在于，步驟I)中，在安裝時，所述上壓板(I)的底面凸起(1.0與待壓器件(5)的上端面凹槽對應安裝。
8.根據權利要求6所述的用于大功率半導體器件的緊固方法，其特征在于，在步驟I)的裝配完成后，需要對壓力限位機構(4 )和上壓板(I)的裝配位置進行檢測，使得在施加壓力前，所述壓力限位機構(4)的兩端的上平面與上壓板(I)的兩端的、用于安裝連接及施壓機構(3)的上平面分別平齊。
【文檔編號】H01L21/50GK103606526SQ201310381469
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】熊輝, 顏驥, 郭金童, 孫文偉, 謝騰飛, 唐豹 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司