一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)及其壓裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，包括安裝在半導(dǎo)體模塊兩端的上、下壓板，上、下壓板之間采用螺桿固定連接，還包括連接于壓裝機(jī)上的若干受力定位件，受力定位件設(shè)置于壓板的邊緣處，邊緣處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施壓點(diǎn)，并且該受力定位件將壓板定位。同時(shí)還提供了該種半導(dǎo)體模塊的壓裝方法，包括如下步驟：設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值；將半導(dǎo)體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，并將壓板的邊緣用受力定位件進(jìn)行定位，然后對(duì)壓板邊緣施加壓裝力；壓裝力施加到位后，緊固壓板螺母，之后釋放壓裝力。運(yùn)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)壓裝作業(yè)操作簡(jiǎn)便，提高半導(dǎo)體模塊內(nèi)部壓裝力的準(zhǔn)確度，改善模塊上下壓板之間平行度的目的。
【專利說明】一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)及其壓裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)及其壓裝方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體模塊壓裝工藝方式一般有兩種：一種為采用扭力扳手緊固的方式進(jìn)行元件 壓裝緊固。該方式操作簡(jiǎn)單方便，但因力矩與壓裝力值之間關(guān)系換算復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中受不 確定因素影響大，力矩值和壓裝力值較難換算準(zhǔn)確；且需人工施力的緊固，一般多在壓裝力 較小的場(chǎng)合應(yīng)用。另一種壓裝方式是采用壓裝機(jī)給半導(dǎo)體模塊施加壓裝力的形式進(jìn)行元件 壓裝。其通過控制壓裝機(jī)自動(dòng)施加壓裝力的形式進(jìn)行壓裝，有效的降低人員作業(yè)強(qiáng)度，提高 作業(yè)效率。
[0003] 其工作流程為：
[0004] ①壓裝機(jī)參數(shù)設(shè)置：根據(jù)半導(dǎo)體模塊圖紙要求，設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值，如圖 紙要求壓裝力為F(單位KN)，則設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值為F ;
[0005] ②操作壓裝機(jī)施壓：將半導(dǎo)體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，操作壓裝 機(jī)設(shè)備，對(duì)半導(dǎo)體模塊施加壓裝力F ;通過內(nèi)部蝶形彈簧的形變進(jìn)行壓裝力的存儲(chǔ)和釋放；
[0006] ③擰緊雙頭螺桿上的螺母：壓裝力F施加到位后，緊固半導(dǎo)體模塊上壓板螺母；
[0007] ④釋放壓裝機(jī)壓裝力：螺母緊固完成后，操作壓裝機(jī)上升，釋放壓裝力；
[0008] ⑤壓裝完成：從壓裝機(jī)中取出半導(dǎo)體模塊，壓裝完成。
[0009] 與本發(fā)明相近的基于壓裝機(jī)的壓裝方式為：上下中心單點(diǎn)施壓的元件壓裝方式。
[0010] 具體方式為：將半導(dǎo)體模塊3放置在下支撐塊2上，再在半導(dǎo)體模塊上放置A壓塊 1工裝，中心對(duì)齊；壓裝機(jī)通過工裝對(duì)上壓板5和下壓板6靠中心的位置單點(diǎn)施加壓裝力。 壓裝的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，
[0011] 然而，該種壓裝方式存在如下兩方面不足：
[0012] 1.半導(dǎo)體模塊壓裝后，其內(nèi)蝶形彈簧存儲(chǔ)的壓裝力與實(shí)際要求偏差較大。具體分 析說明如下：
[0013] 如圖1所示，壓裝機(jī)對(duì)半導(dǎo)體模塊3施加壓裝力F，半導(dǎo)體模塊內(nèi)蝶形彈簧壓縮發(fā) 生形變，其存儲(chǔ)壓裝力F。單點(diǎn)施加壓裝力點(diǎn)為半導(dǎo)體模塊上下壓板靠中心位置，其他位置 未受壓裝力，壓板不發(fā)生形變；施壓完成后，將上、下壓板四角處雙頭螺桿7上的螺母4擰 緊，此處螺母緊固力矩小，上、下壓板也不產(chǎn)生形變，此時(shí)上下壓板間距設(shè)為d ;
[0014] 其后，釋放壓裝力，半導(dǎo)體模塊3的壓裝力轉(zhuǎn)移到雙頭螺桿7上，即壓裝力與蝶形 彈簧彈力組成的相互作用力轉(zhuǎn)變?yōu)樗膫€(gè)雙頭螺桿的緊固力與蝶形彈簧彈力組成的相互作 用力。半導(dǎo)體模塊的壓裝力F由中間A壓塊逐步轉(zhuǎn)移到四根雙頭螺桿7上；在轉(zhuǎn)移過程中， 半導(dǎo)體模塊3內(nèi)部蝶形彈簧存儲(chǔ)的壓裝力F作用于上、下壓板上，隨著壓裝機(jī)壓裝力撤離， 雙頭螺桿4上的緊固力逐漸增加。在此過程中，因上、下壓板受到作用力反作用力的位置不 同（蝶形彈簧彈性應(yīng)力在壓板中間，方向朝上；螺母的緊固力在壓板四角，方向朝下），上下 壓板會(huì)產(chǎn)生凹型彎曲形變，蝶形彈簧向上伸縮，如圖2所示，設(shè)壓裝機(jī)壓裝力完全撤離后， 上下壓板各形變AD，則蝶形彈簧伸縮了 2 · AD，則半導(dǎo)體模塊上下壓板中間間距為D = d+2 · Λ D ;
[0015] 設(shè)蝶形彈簧的彈性系數(shù)為k，則壓裝機(jī)撤離后，轉(zhuǎn)移到雙頭螺桿上的力，即最后的 壓裝力為：f = F-2 · AD *k。通常，蝶形彈簧的彈性系數(shù)和壓板的變形量越大，此壓裝方式 壓裝后的壓裝力的變換就越大。
[0016] 對(duì)采用中心單點(diǎn)施壓的壓裝方式壓裝的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行測(cè)試，其壓裝后元件半導(dǎo) 體模塊內(nèi)保持的壓裝力值與要求值相差超過30%以上。
[0017] 2.半導(dǎo)體模塊壓裝過程中，上下壓板容易形成錯(cuò)位，壓板側(cè)邊平行度較差。
[0018] 如圖3為上下壓板錯(cuò)位的示意圖，其發(fā)生的主要原因?yàn)閴貉b前沒有將上下壓板調(diào) 整對(duì)齊，壓裝過程中也沒有對(duì)上下壓板進(jìn)行夾緊定位的裝置進(jìn)行定位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種壓裝作業(yè)操作簡(jiǎn)便，半導(dǎo)體模塊內(nèi)部壓 裝力的準(zhǔn)確度更高，上、下壓板之間的平行度更好的半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)及其壓裝方法。
[0020] 本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，包括安裝在半導(dǎo)體 模塊兩端的上、下壓板，上、下壓板之間采用螺桿固定連接，尤其還包括連接于壓裝機(jī)上的 若干受力定位件，受力定位件設(shè)置于壓板的邊緣處，該邊緣處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施 壓點(diǎn)，并且該受力定位件將壓板定位。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述壓板有棱角，所述受力定位件設(shè)置于壓板的各個(gè)棱角處，該 棱角處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施壓點(diǎn)，并且該受力定位件將壓板的各個(gè)棱角定位。
[0022] 進(jìn)一步的，壓裝機(jī)工作臺(tái)為帶有T型槽的工作臺(tái)；所述受力定位件為B壓塊，其頂 部設(shè)有可與壓裝機(jī)上T型槽裝配的T型凸臺(tái)，B壓塊底端對(duì)稱設(shè)有與壓板棱角匹配的定位 槽；B壓塊與壓裝機(jī)的T型槽可拆卸連接。
[0023] 與此同時(shí)，提供一種半導(dǎo)體模塊的壓裝方法，包括如下步驟：
[0024] (1)設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值；
[0025] (2)將半導(dǎo)體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，并將壓板的邊緣用受力定 位件進(jìn)行定位，然后對(duì)壓板邊緣施加壓裝力；
[0026] (3)壓裝力施加到位后，緊固壓板螺母，之后釋放壓裝力。
[0027] 上述壓裝方法中，步驟（2)中所用的壓板為帶有棱角的壓板，所用的受力定位件 為權(quán)利要求3中所用的B壓塊；其步驟（2)為將半導(dǎo)體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝 位置，并將壓板的各個(gè)棱角用B壓塊定位，然后對(duì)各個(gè)角點(diǎn)施加壓裝力。
[0028] 本發(fā)明的壓裝結(jié)構(gòu)受力分析如下：
[0029] 壓裝機(jī)對(duì)半導(dǎo)體模塊施加壓裝力F，半導(dǎo)體模塊內(nèi)蝶形彈簧壓縮發(fā)生形變，半導(dǎo)體 模塊存儲(chǔ)壓裝力F。壓裝力點(diǎn)為上下壓板的邊緣，此時(shí)，上下壓板因邊緣受到壓裝機(jī)壓裝力， 中間受蝶形彈簧的反方向的回彈力；上下壓板發(fā)生凹型形變。施壓完成后，將上、下壓板邊 緣處螺桿上的螺母擰緊。
[0030] 之后，釋放壓裝力，在壓裝機(jī)上升，壓裝力撤離的過程中，半導(dǎo)體模塊邊緣上的壓 裝力轉(zhuǎn)移到螺桿的螺母上，轉(zhuǎn)化為螺母的緊固力；壓裝時(shí)受力變形的上、下壓板有回彈趨 勢(shì)，但因螺桿上的螺母已緊固到位，壓板沒有回彈回位的空間和位移；因而，壓板仍將保持 壓裝受力F時(shí)的形變，半導(dǎo)體模塊內(nèi)仍保持壓裝力為F。
[0031] 由上述分析可以看出，由于本發(fā)明采用邊緣多點(diǎn)施壓的壓裝方式，壓裝機(jī)釋放壓 裝力之后，上下壓板幾乎沒有變形回彈，所以半導(dǎo)體模塊內(nèi)部壓裝力的準(zhǔn)確度更高；
[0032] 而且，在壓裝過程中，通過受力定位件固定了上下壓板的位置（起到夾具作用）， 壓板只能上下移動(dòng)及形變，不能左右的扭曲變形。因而，有效的控制并保證了壓裝后上下壓 板的平行度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的壓裝方式結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)的壓裝結(jié)構(gòu)受力變形圖。
[0036] 圖3為上下壓板錯(cuò)位俯視圖。
[0037] 圖4為本發(fā)明壓裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0038] 圖5為本發(fā)明壓裝結(jié)構(gòu)的受力圖。
[0039] 圖6為本發(fā)明壓裝結(jié)構(gòu)的受力變形圖。
[0040] 圖7為本發(fā)明的B壓塊示意圖。
[0041] 圖中，I-A壓塊，2-下支撐塊，3-半導(dǎo)體模塊，4-螺母，5-上壓板，6-下壓板，7-螺 桿，8-B壓塊，81-T型凸臺(tái)，82-直角定位槽。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 如圖4所示，一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，包括帶有T型槽的壓裝機(jī)工作臺(tái)（圖中 未示出），安裝在半導(dǎo)體模塊3兩端的方形上壓板5和下壓板6,上、下壓板之間采用螺桿7 固定連接，尤其還包括連接于壓裝機(jī)上的若干B壓塊8,如圖7所示，所述B壓塊8為"工" 字型，頂部設(shè)有可與壓裝機(jī)上T型槽裝配的T型凸臺(tái)81，B壓塊8底端對(duì)稱設(shè)有直角定位槽 82 ；
[0043] 所述B壓塊8設(shè)置于壓板的各個(gè)棱角處，棱角處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施壓點(diǎn)， 并且B壓塊8將壓板的各個(gè)棱角定位。
[0044] 與此同時(shí)，提供一種半導(dǎo)體模塊的壓裝方法，包括如下步驟：
[0045] (1)設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值；
[0046] (2)將半導(dǎo)體模塊3放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，并將壓板的各個(gè)棱角用B 壓塊8定位，然后對(duì)各個(gè)角點(diǎn)施加壓裝力；
[0047] (3)壓裝力施加到位后，緊固壓板螺母4,之后釋放壓裝力。
[0048] 本實(shí)施例的受力分析如下：
[0049] 如圖5,壓裝機(jī)對(duì)半導(dǎo)體模塊3施加壓裝力F，半導(dǎo)體模塊3內(nèi)蝶形彈簧壓縮發(fā)生 形變，半導(dǎo)體模塊存儲(chǔ)壓裝力F。壓裝力點(diǎn)為上下壓板的各個(gè)角點(diǎn)，則每個(gè)B壓塊8給半導(dǎo) 體模塊3的壓裝力為F/4。此時(shí)，上下壓板因四角受到壓裝機(jī)壓裝力，中間受蝶形彈簧的反 方向的回彈力；上下壓板發(fā)生凹型形變。施壓完成后，將上、下壓板四角處雙頭螺桿7上的 螺母4擰緊。設(shè)壓裝后上下壓板對(duì)應(yīng)角的間距為dl，上、下壓板各個(gè)角相對(duì)于壓板中部的形 變?yōu)锳D1，如圖6所示；
[0050] 之后，釋放壓裝力，在壓裝機(jī)上升，壓裝力撤離的過程中，半導(dǎo)體模塊各個(gè)角上的 壓裝力轉(zhuǎn)移到雙頭螺桿7的螺母4上，轉(zhuǎn)化為螺母4的緊固力；壓裝時(shí)受力變形的上、下壓 板有回彈趨勢(shì)，但因雙頭螺桿7上的螺母4已緊固到位，上下壓板沒有回彈回位的空間和位 移；因而，上下壓板仍將保持壓裝受力F時(shí)的形變，上、下壓板對(duì)應(yīng)角的間距dl基本不變，半 導(dǎo)體模塊3內(nèi)仍保持壓裝力為F。
[0051] 在壓裝過程中，通過B壓塊8定位固定了上下壓板的位置（起到夾具作用），壓板 只能上下移動(dòng)及形變，不能左右的扭曲變形。因而，有效的控制并保證了壓裝后上下壓板的 平行度。
[0052] 通過壓裝機(jī)對(duì)半導(dǎo)體模塊3施加壓裝力，在半導(dǎo)體模塊3內(nèi)部放置壓裝力傳感器 來檢測(cè)其內(nèi)部存儲(chǔ)的壓裝力；對(duì)方形壓板的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行壓裝測(cè)試。測(cè)量?jī)煞N壓裝方式 的壓裝力值滿足率。
[0053] 半導(dǎo)體模塊要求的壓裝力為45KN，通過壓裝機(jī)給半導(dǎo)體模塊施加45KN的壓裝力 值，壓裝后半導(dǎo)體模塊內(nèi)部蝶形彈簧存儲(chǔ)的壓裝力值如下表1 :
[0054] 表1測(cè)試壓裝力值
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，包括安裝在半導(dǎo)體模塊兩端的上、下壓板，上、下壓板 之間采用螺桿固定連接，其特征在于：還包括連接于壓裝機(jī)上的若干受力定位件，受力定位 件設(shè)置于壓板的邊緣處，該邊緣處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施壓點(diǎn)，并且該受力定位件將 壓板定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述壓板有棱角，所述 受力定位件設(shè)置于壓板的各個(gè)棱角處，棱角處作為壓裝機(jī)施加壓裝力的施壓點(diǎn)，并且該受 力定位件將壓板的各個(gè)棱角定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半模塊的壓裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：壓裝機(jī)工作臺(tái)為帶有T型 槽的工作臺(tái)；所述受力定位件為B壓塊，其頂部設(shè)有可與壓裝機(jī)上T型槽裝配的T型凸臺(tái)， B壓塊底端對(duì)稱設(shè)有與壓板棱角匹配的定位槽；B壓塊與壓裝機(jī)的T型槽可拆卸連接。
4. 一種半導(dǎo)體模塊的壓裝方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 設(shè)置壓裝機(jī)設(shè)備的壓裝力值； (2) 將半導(dǎo)體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，并將壓板的邊緣用受力定位件 進(jìn)行定位，然后對(duì)壓板邊緣施加壓裝力； (3 )壓裝力施加到位后，緊固壓板螺母，之后釋放壓裝力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體模塊的壓裝方法，其特征在于：步驟（2)中所用的壓板 為帶有棱角的壓板，所用的受力定位件為權(quán)利要求3中所用的B壓塊；其步驟（2)為將半導(dǎo) 體模塊放置在壓裝機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)壓裝位置，并將壓板的各個(gè)棱角用B壓塊定位，然后對(duì)各 個(gè)角點(diǎn)施加壓裝力。
【文檔編號(hào)】H01L21/58GK104392967SQ201410566054
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】瞿江波, 潘柏清, 鄭忠明, 陳長(zhǎng)春, 魏龍輝, 趙亮華, 郭航飛 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司