将自动化装置的半导体装置耦接至散热器的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容的实施方式总体上设及用于改进用于组装工业自动化装置的制造过 程的系统和方法。更具体地，本公开内容总体上设及用于在工业自动化装置的制造过程期 间将半导体装置附接至散热器的改进的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 工业自动化系统可采用各种类型的电子装置比如交流电（AC)驱动器、马达、机器 人等，W执行各种工业过程。通常，该些电子装置使用半导体装置来控制相应装置使用的电 力。因此，工业自动化装置的制造过程的一部分包括将半导体装置禪接至散热器，使得半导 体装置能够在不过热的情况下进行操作。通常期望的是，半导体装置通过特定的力禪接至 散热器W提供稳定的禪接并且有利于半导体装置与散热器之间的有效热传递。因此，用于 制造该些电子装置并且提供相应装置与散热器之间的禪接的改进的系统和方法是期望的。
【发明内容】
[0003] 在一种实施方式中，一种系统包括；散热器、半导体装置、W及布置在散热器与半 导体装置之间的热界面材料（TIM)层。TIM可有利于使由半导体装置产生的热经由散热器 耗散。该系统还包括将半导体装置关于TIM层禪接至散热器的紧固件系统。该系统还包括 保持在TIM流动之后半导体装置与散热器之间的禪接力的紧固件系统的一个或更多个垫 圈。
[0004] 在另一实施方式中，一种非暂态计算机可读介质包括计算机可执行指令，计算机 可执行指令使得计算机可读介质接收与一个或更多个垫圈中的第一类型垫圈相关联的第 一组特性，所述一个或更多个垫圈保持在布置在半导体装置与散热器之间的热界面材料 (TIM)流动之后散热器与半导体装置之间的禪接力。然后，计算机可读介质可基于第一组特 性和散热器与半导体装置之间的预期轴向力确定在紧固件被施加扭矩值的扭矩之后所述 一个或更多个垫圈的预期偏转度。然后，计算机可读介质可确定在散热器与半导体装置之 间的TIM流动之后散热器与半导体装置之间的预期残余力，使得预期残余力基于所述预期 偏转度和在TIM流动之后的TIM的预期厚度变化而被确定。然后，计算机可读介质可W确 定；当预期的残余力大于一定的值时，第一类型垫圈将充分地保持在TIM流动之后散热器 与半导体装置之间的最小力。
[0005] 在又一实施方式中，一种工业自动化装置可包括散热器半导体组件。散热器半导 体组件可W包括布置在半导体装置与散热器之间的热界面材料（TIM)。半导体装置可用于 将交流（AC)电压转换成直流值C)电压，或者将DC电压转换成可控AC电压。散热器半导 体组件还可W包括将半导体装置禪接至散热器的紧固件和可W被紧固件插入的一个或更 多个垫圈。其中，垫圈可W保持在TIM流动之后半导体装置与散热器之间的力。
【附图说明】
[0006] 当参照附图阅读W下详细的描述时，本公开内容的该些及其他特征、方面和优点 将变得更好理解，其中，贯穿附图，相同的附图标记表示相同的零件，在附图中：
[0007] 图1示出根据本文所提出的实施方式的示例性散热器半导体组件的立体图；
[000引图2示出图1的根据本文所提出的实施方式的散热器半导体组件的框图；
[0009] 图3A示出根据本文所提出的实施方式的可在图1的散热器半导体组件中采用的 紧固件系统的俯视图；
[0010] 图3B示出沿图3A的根据本文所提出的实施方式的紧固件系统的线A-A截取的横 截面视图；
[0011] 图3C示出图3A的根据本文所提出的实施方式的紧固件系统的侧视图；
[0012] 图3D示出图3A的根据本文所提出的实施方式的紧固件系统的立体图；
[0013] 图4A示出了可在图3A至图3D的紧固件系统中采用的垫圈的俯视图；
[0014] 图4B示出了可在图3A至图3D的紧固件系统中采用的垫圈的侧视图；
[00巧]图4C示出了可在图3A至图3D的紧固件系统中采用的垫圈的立体图拟及
[0016] 图5示出了用于对可在图3A至图3D的紧固件系统中采用的垫圈进行识别的方法 的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将对一个或更多个【具体实施方式】进行描述。为了提供该些实施方式的简洁描 述，在本说明书中并未对实际实现中的所有特征都进行描述。应理解的是，在任何该种实际 实现的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实现的决定W实现 开发人员的具体目的，比如符合系统相关和业务相关的约束，该些约束从一种实现到另一 种实现将变化。此外，应了解的是，该种开发努力可能是复杂并且耗时的，然而，其对于受益 于本公开内容的本领域普通技术人员而言却是设计、制作W及制造的常规任务。
[001引当对本发明的各种实施方式的元件进行介绍时，措辞"一"、"一个"、"该及"所 述"旨在意味着存在一个或更多个元件。术语"包括"、"包含"W及"具有"旨在包含并且意 味着可能存在除了所列出的元件之外的另外的元件。
[0019] 本公开内容的实施方式总体上设及用于制造工业自动化装置的改进的系统和方 法。工业自动化装置比如驱动器、马达启动器、整流器等可W使用半导体装置来控制由相应 装置使用或输出的电力。半导体装置比如绝缘栅双极晶体管（IGBT)可W由工业自动化装 置用来提供高效并且快速的切换，W改变由装置接收的电压波形。然而，作为半导体装置开 关，半导体装置会产生热，所产生的热可W减少半导体装置的或者其中定位有半导体装置 的工业自动化装置的寿命。因此，半导体装置可W禪接至散热器，散热器可W使由半导体装 置产生的热耗散离开半导体装置、工业自动化装置或其两者。
[0020] 例如，工业自动化装置可W是电驱动器，该电驱动器可W包括可朗尋交流（AC)电 压转换为直流值C)电压的整流电路，比如二极管前端值FE)整流器、有源前端（AFE)整流 器。该电驱动器也可W包括可从隐DC电压转换为可控AC电压的逆变器电路，该可控AC电 压可提供给可W禪接至负载的马达。在该示例中，半导体装置可W在整流电路和/或逆变 器电路中使用W有效地将AC电压转换成DC电压和将DC电压转换成可控AC电压。即，半导 体装置可W迅速地接通和断开W产生DC电压波形和可控AC电压波形。然而，如W上提到 的，当半导体装置切换时，半导体装置会产生热，所产生的热应被耗散离开半导体装置。同 样地，散热器可W禪接至每个半导体装置W使热耗散离开半导体装置。
[0021] 为了经由散热器提供稳定的附接和高效的热传递，会期望W在一定范围内的力的 水平将半导体装置与散热器禪接在一起。此外，为了进一步使热能够从半导体装置更高效 地传递至散热器，热界面材料（TIM)可W施用于散热器的下述表面和/或半导体装置的下 述表面：在散热器的所述表面和/或半导体装置的所述表面处，散热器和半导体装置在禪 接在一起时彼此面接或物理地接触。TIM可填充在原本存在于所述界面处的间隙中，使得能 够进行更好的热传递。将半导体装置与散热器禪接的紧固件通常将对定位在禪接的部件之 间的TIM施加力。然而，现在意识到的是由于在操作时由半导体装置产生的热，半导体与散 热器之间的TIM可能烙化或流动。因此，可能损失用于禪接半导体装置和散热器的力的一 部分。
[0022] 通常，散热器和半导体装置可W通过使用紧固件系统而禪接在一起。因此，TIM的 热传递特性可W取决于当散热器和半导体装置经由紧固件系统禪接在一起时散热器与半 导体装置之间的压力或禪接力。紧固件系统可W被施加特定扭矩值的扭矩，使得禪接的散 热器与半导体装置之间的压力或禪接力足W能够使TIM将热从半导体装置有效地传递至 散热器。
[002引当工业自动化装置投入运行时，该装置会经历预烧化urn-in)过程。即，当工业自 动化装置最初投入运行时，由工业自动化装置中的半导体装置产生的热可W使得TIM烙化 或流动。在该预烧过程期间，TIM可从固态变成半液态。当TIM处于半液态时，TIM可W遍 布于散热器的表面并且填充可W存在于散热器的表面和半导体装置的表面上的间隙中。在 从固态至半液态的初始变化之后，TIM可W再次变成固态。该时候，由于TIM的状态改变并 且由于TIM填充散热器的表面和半导体装置的表面上的间隙，因此TIM的厚度可能已经减 小。由于该厚度变化，禪接的散热器与半导体装置之间的压力或禪接力也会减小，从而降低 了TIM的将热高效地传递至散热器的能力。
[0024] 为了补偿该压力损失，目前公开的制造过程可W包括；通过使用TIM将散热器禪 接至半导体装置，对用于将散热器禪接至半导体装置的紧固件系统施加