专利名称：半导体夹持系统的制作方法
技术领域：
本申请总体上涉及用于给半导体堆提供压缩的系统。更具体而言， 但并非限制，本申请涉及用于压缩半导体堆的刚性框架夹持系统。
背景技术：
半导体具有许多商业应用，包括用于功率变换器和工业驱动器。
通常的半导体系统是集成门极换流晶闸管("IGCT")半导体(在此用 作示范性系统，但是本发明并非仅限于此)。IGCT半导体是分层设备， 其通常包括串连堆叠的半导体(即，半导体堆)。操作中，IGCT半导 体需要压缩夹持力，大约为36到44kN，以将所述堆挤压在一起从而 贯穿整个层实现良好的导电性。为了使半导体堆恰当地运行，压缩力 必须以精确的数量和位置通过堆叠的半导体施加。
商业上可得到的夹具可用于夹持半导体堆。总体而言，这样的半 导体夹具依靠通过在安装在两个端板之间的多个螺杆上拧紧螺母而压 缩半导体堆。具体而言，半导体堆放置在两个端板之间，螺母被柠紧，
螺母将端板拉拽得更贴近并压缩半导体堆。
然而，螺杆/螺母配置是无效率的。第一，压缩力没有以精确方式 传递给堆叠的单元。拧紧多个杆意味着压缩以不平衡的方式进行。第 二，螺杆/螺母配置使得半导体堆难以操作和修理。为了移开堆叠设备， 整个夹持组件必须大体上拆卸，这负面地影响了修理时间、成本和维 修人员需要的训练。第三，杆/螺母配置的突起杆对夹持组件需要更大 的长度。因此，必须分配靠近堆组件的空间以容納螺杆的延伸部。
第四，可得到的夹持组件为部件配准提供有限的可能性。如在此
使用的，部件配准指的是把半导体部件安装到夹持系统从而实现压缩 的恰当对准。正如本领域技术人员理解的，为了恰当的操作，系统的 IGCT半导体必须沿压缩轴线，即沿进行压缩的轴线，精确地对准。附 属部件，如，水冷散热片，也必须相对于半导体精确地定位，以充分 冷却设备。由于这些原因，部件配准是重要的因素，而商业上可用的夹具需要增加附加部件到夹持系统以实现恰当的部件配准。第五，当 前夹具不允许输水歧管直接安装到夹持组件的螺杆上。
第六，操作中，IGCT半导体系统经由夹具的框架安装到外壳内。 当前可得到的夹具不允许直接安装到外壳上。由于一个夹持端板必须 相对于另 一端板自由移动，常规的夹具缺乏用来安装系统的便利的刚 性结构。因而，附加部件必须包含在夹持设备中以在外壳内安装半导体。
第七，由于多个夹持杆和配准问题，当前可用的夹具仅适于一个 夹具内单个半导体堆，。如果希望在单个半导体应用中有附加的堆，
必须将辅助夹持结构添加到组件。
复杂性。因而，需要改进的半导体夹具。
发明内容
因而，本申请描述一种用于夹持多个半导体的系统，所述系统包 括l)第一端板和第二端板，所述第一端板和第二端板大致平行且隔 着预定距离彼此相对，所述预定距离通过一个或更多拉紧构件固定； 和2)用于从一个端板提供压缩力的装置。在一些实施例中，用于提供 压缩力的装置包括螺旋起重器。所述螺旋起重器包括螺紋圓柱体，所 述螺紋圆柱体在被转动时移动通过所述第一端板中的螺紋开口 。所述 螺旋起重器在所述螺旋起重器的第 一端处经由螺旋起重器头旋转。所 述螺旋起重器的第一端突出到所述第一端板的外表面之外，所述螺旋 起重器的第二端包括球轴承203 。
所述一个或更多拉紧构件可包括连接到每个端板内面的刚性杆。 所述一个或更多拉紧构件可大致垂直于每个端板。在一些实施例中， 可有四个拉紧构件。拉紧构件可根据沿压缩轴线配准所述多个半导体
和多个半导体系统部件中的至少一个而位于预定位置处。
所述系统还可包括配准托架，所述配准托架附接到所述多个半导 体和多个半导体系统部件中的至少一个。所述配准托架可接合所述一
个或更多拉紧构件中的一个，从而由所述配准托架接合的半导体和半 导体系统部件固定在压缩轴线中，同时能够沿所述 一 个或更多拉紧构 件中的所述一个的长度滑动。所述系统还可包括固定配准托架，所述固定配准托架允许所述多 个半导体系统部件中的 一 个固定配准到所述拉紧构件中的 一 个，从而
当所述固定配准托架被接合时，半导体系统部件不沿所述拉紧构件的 长度滑动。所述系统还可包括附接到所述端板中的一个的弹簧垫圈， 从而所述弹簧垫圈的压缩表示施加给所述多个半导体的近似夹持力。 所述系统可还包括位于所述端板的至少一个中的安装孔。所述安装孔 可包括穿过端板的开口 ，所述系统通过所述开口可直接安装到外壳上。
图1是根据本申请的示范性实施例的半导体夹持系统的刚性框架 的视图。
图2是根据本申请的示范性实施例的刚性框架夹持系统的视图。
图3是根据本申请的示范性实施例的刚性框架夹持系统中的IGCT 半导体系统的视图。
图4是根据本申请的示范性实施例的配准位置的视图。 图5是根据本申请的示范性实施例的配准位置的视图。 图6是根据本申请的示范性实施例的系统安装孔的视图。 这些附图中使用的附图标记如下 100刚性框架 102端斗反 104拉紧构件 106栓
108螺旋起重器开口
110垫圈开口
200刚性框架夹持系统
202弹簧垫圈/盘形弹簧垫圈
203球轴承
204螺旋起重器
206螺旋起重器头
300 IGCT半导体系统
302 IGCT半导体
304门马区动305功率电阻 306散热片 308输水歧管 310电容器 402配准托架 404固定配准托架 502横杆 602系统安装孔
具体实施例方式
现在参见附图，其中各种附图标记贯穿几个附图表示同类的部件。 图1示出了可用于根据本申请示范性实施例的刚性框架夹持系统的刚 性框架100。刚性框架100包括两个端板102和多个拉紧构件104。两 个端板102可为彼此平行且相对的矩形板。多个拉紧构件104包括四 个杆，所述杆的每个可具有矩形截面。本领域技术人员将理解，可以 使用具有不同截面设计的或多或少的拉紧构件。拉紧构件104可刚性 地连接每个端板102的内面。拉紧构件104可大致垂直于端板102。四 个拉紧构件104根据部件配准的需要可位于预定位置处，更多详情将 在下文讨论。
每个拉紧构件104可由栓106栓接(pin)到端板102。具体而言， 拉紧构件104的端部可插入到端板102中的开口中，栓106可插入穿 过端板104的边缘，使得栓106穿过拉紧构件104且终止于端板102。 本领域技术人员将理解，也可以使用其他方法将拉紧构件104连接到 端板102上。
刚性框架100可以由刚性非导电材料制成，如玻璃纤维复合层压 板、glastic engineering材料、完全绝缘金属或其它类似材料。材料的非 导电性质可将与刚性框架100接触的所有半导体部件电绝缘。
每个端板102可包括穿过端板102的近似中心的开口，所述开口 与半导体堆的中心轴线对准。螺旋起重器开口 108可大致为圆形，且 如下文更详细地讨论的，与螺旋起重器(图1未示出)的安装一块使 用。穿过相对的端板102的相应垫圈开口 IIO可大致为矩形，且如下文更详细地讨论的，用于协作盘形弹簧或弹簧垫圏的安装。螺旋起重
器开口 108和垫圈开口 110的定位和数量可以变化。
图2示出了刚性框架夹持系统200的视图。刚性框架夹持系统200 可包括前述刚性框架100。刚性框架夹持系统200还可包括盘形弹簧或 弹簧垫圈202 (下文称为"盘形弹簧垫圏202")。盘形弹簧垫圈202可 以是任何商业上可用的盘形弹簧或弹簧垫圈。使用垫圈开口 110，盘形 弹簧垫圏202可以通过常规方法附接到端板102。盘形弹簧垫圈202可 构造为使得其弹簧或螺管的向内位移表示作用于盘形弹簧垫圈202上 的压缩力。在与附接到端板102的端部相对的端部处，盘形弹簧垫圈 202可具有垫圏球轴承203。
用于提供压缩力到刚性框架100中的机械装置装配在螺旋起重器 开口 108内，所述机械装置在一些实施例中可包括螺旋起重器204。螺 旋起重器204是在螺旋起重器头206顺时针旋转时向内延伸到刚性框 架100中(且到端板102的内面之外)的螺旋起重器。螺旋起重器头 206可与方孔螺钉头用扳手兼容，但是可以使用其它的头配置。本领域 技术人员将理解，除了特定的螺旋起重器204之外，可以使用其它机 械装置以提供所述功能。类似于盘形弹簧垫圏202,螺旋起重器球轴承 (图2中不可见)位于螺旋起重器204向内延伸到刚性框架100中的 端部处。
如图3所示，操作中，IGCT半导体系统300容纳在刚性框架夹持 系统200内并压缩。如本领域公知的，IGCT半导体系统300包括一连 串IGCT半导体302，所述IGCT半导体302在螺旋起重器206和盘形 弹簧垫圈204之间串连堆叠。IGCT半导体系统300还可以包括其它半 导体部件，如下所述。其它半导体系统部件包括一连串门驱动304。此 外，多个功率电阻305和附接到其上的散热片306附接到IGCT半导体 302的前面(且部分地阻挡IGCT半导体302的视角)。散热片306可 以从系统去除过多的热。散热片306可以是水冷却的。供应水可由输 水歧管308输送给每个散热片306。其它半导体系统部件可包括装配到 功率电阻305顶部的多个电容器310。本领域技术人员将理解，所述部 件及其定位可以通过本申请的备选实施例变动而仍有效地适应。
螺旋起重器球轴承可在所述堆的一端预成形凹部处接合IGCT半 导体。垫圏球轴承203可在所述堆的另一端第二预成形凹部处接合IGCT半导体。如此接合，螺旋起重器206可旋转，从而螺旋起重器206 延伸到刚性框架100内。由于拉紧构件104,端板102之间的距离保持 固定，从而螺旋起重器206的延伸压缩IGCT半导体堆。具体而言，螺 旋起重器206的延伸可使拉紧构件104处于拉紧状态，这压缩IGCT半 导体堆。螺旋起重器206是必须被调节以施加均匀的压缩力给半导体 堆的唯一部件。当IGCT半导体堆被压缩时，盘形弹簧垫圈202被压缩。 盘形弹簧垫圈202的压缩将使得它向内偏斜。偏斜范围可用于标定施 加到半导体堆的压缩力的数量。由此，已知的压缩力可在精确位置处 均匀地施加到半导体堆。
如图1， 2和3的示范性实施例所示，拉紧构件104可定位为大致 地均衡且平^f压缩力，并允许IGCT半导体系统300的组成部件具有有 效配准位置。具体而言，拉紧构件104可定位为使得IGCT半导体系统 300的部件通过自己直接配准拉紧构件104而沿压缩轴线对准在恰当位 置。图4提供该功能的示例。如图4的左上角分解截面所示，门驱动 配准托架402可将门驱动304与刚性框架100配准。具体而言，每个 门驱动304在其每侧上具有两个门驱动配准托架402。门驱动配准托架 402可包括将门驱动304沿压缩轴线在预定位置固定到拉紧构件104同 时还允许门驱动304沿拉紧构件104来回滑动的任何类型的托架。在 一些实施例中，门驱动配准托架402包括可接合拉紧构件104的"C"形 托架。该设计允许门驱动304相对于压缩轴线固定，同时还沿拉紧构 件104滑动。
类似地，IGCT半导体系统300的其它部件可配准在刚性框架100 上。例如，如图4的其它分解截面所示，散热片或固定配准托架404 可将散热片306与刚性框架100配准。每个散热片306在底表面上具 有单个或多个固定配准托架404。由此，散热片306可就位于一个拉紧 构件104上，)Mv而相对于压缩轴线对准并固定到位。散热片配准4乇架 402包括将门驱动304固定到拉紧构件104(即，沿压缩轴线固定到位) 同时还允许散热片402沿拉紧构件104来回滑动的任何类型的托架。 如图4所示，散热片配准托架404包括带有槽的托架，拉紧构件104 的一侧可以插入到所述槽中。拉紧构件104和所述槽之间的配合为滑 动配合。
9给定如上所述的部件配准，刚性框架夹持系统200中的IGCT半导 体系统300的组成部件的安装可以有效的方式完成。例如，为了安装 部件， 一个端板102的栓106可以移开，从而端4反102从拉紧构件104 断开。由于拉紧构件104的端部在一端处自由，例如门驱动304可以 通过将门驱动配准托架402滑动到两个有关的拉紧构件104上而安装。 在一些实施例中，门驱动304在其每侧上可具有两个门驱动配准托架 402。每个有关的拉紧构件104插入到门驱动配准托架402的槽中，门 驱动304顺着拉紧构件104滑落到位。由于拉紧构件104的预定定位， 门驱动304沿压缩轴线支撑并固定在合适位置，如图所示。
以另一个例子为例，散热片306 (和有关硬件)可以相同的方式安 装。此外，如果一个散热片306是半导体部件的预组装单元的部分， 其可包括例如门驱动304、 IGCT半导体和其它部件，预组装单元通过 将托架接合到有关拉紧构件104且顺着拉紧构件104将所述单元滑落 到位而立即有效地安装。由此，所述部件有效地安装同时其沿压缩轴 线位置固定。
同样也强化了通向已经安装在IG C T半导体系统3 00中的部件的通 路。刚性框架夹持系统200的压缩力借助于以逆时针方向转动螺旋起 重器而简单地释放。 一旦夹具释放，所述部件沿拉紧构件纵向地滑动 以移开或展开，这允许任何组成部件的便利的拆卸、更换或修理。
由于拉紧构件104是刚性的且相对于端板104(如常规夹具)不改 变位置，所以一些部件固定到拉紧构件104 (即，以使得部件不允许沿 拉紧构件104的长度滑动的方式固定)。以这种方式配准的部件的示 例是输水歧管308,如图5所示，输水歧管308固定到刚性框架夹持系 统200的底部。输水歧管308通过常纟见方法附接到一黄杆(crosspiece) 502。横杆502的每端附接到一个拉紧构件104。另外，由于输水歧管 部件308的性质(即，由于输水歧管308不必非得沿压缩轴线对准和 压缩)，这种配准可能是有效的。因为拉紧构件104是刚性的且相对 于端板102不改变位置，这种配准是可能的。输水歧管308以这种方 式配准允许它们便利地更换或修理，同时保持IGCT半导体系统300 的整体式部件。
图6示出了一个端板102中的系统安装孔602。由于端板102相对 于彼此的位置不改变(这不同于公知系统的杆/螺母组件)，端板102可不用专用硬件方便地直接安装到系统外壳(未示出)而不用专用硬 件。因而，端板可使用标准硬件和程序直接地安装到外壳。装配可借
助于经由系统安装孔602将端板102直接螺栓连接或栓接到外壳完成。 应当理解，前文仅涉及本申请的所述实施例，且在此可以进行许 多修改和变型，而不偏离由以下权利要求书及其等价物限定的本申请 的精神和范围。
权利要求
1. 一种用于夹持多个半导体(302)的系统，所述系统包括第一端板(102)和第二端板(102)，所述第一端板和第二端板大致平行且隔着预定距离彼此相对，所述预定距离通过一个或更多拉紧构件(104)固定；和用于从所述端板(102)中的一个提供压缩力的装置。
2. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，用于提供压缩力的 装置包括螺旋起重器(204)，所述螺旋起重器(204)包括螺紋圓柱 体，所述螺紋圓柱体在被转动时移动通过所述第一端板(102)中的螺 紋开口 。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述螺旋起重器(204 ) 在所述螺旋起重器(204)的第一端处经由螺旋起重器头(206)旋转， 所述螺旋起重器(204)的所述第一端突出到所述第一端板(102)的 外表面之外；且其中，所述螺旋起重器(204)的第二端包括球轴承(203 )。
4. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述一个或更多拉 紧构件(104)包括连接到每个端板(102)内面的刚性杆，所述一个 或更多拉紧构件(104)大致垂直于每个端板(102)。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述一个或更多拉 紧构件(104)包括四个拉紧构件。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，拉紧构件(104)根 据沿压缩轴线配准所述多个半导体(302)和多个半导体系统部件中的 至少一个而位于预定位置处。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于还包括配准托架(402)， 所述配准托架(402)附接到所述多个半导体(302 )和多个半导体系 统部件中的至少一个，所述配准托架(402)接合所述一个或更多拉紧 构件(104)中的一个，从而由所述配准托架(402)接合的半导体(302) 和半导体系统部件固定在压缩轴线中，同时能够沿所述 一 个或更多拉 紧构件(104)中的所述一个的长度滑动。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于还包括固定配准托架 (404),所述固定配准托架(404)允许所述多个半导体系统部件中的一个固定配准到所述拉紧构件(104)中的一个，从而当所述固定配准托架(404)接合时，半导体系统部件不沿所述拉紧构件(104)的 长度滑动。
9. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于还包括附接到所述端 板(102)中的一个的弹簧垫圏(202),从而所述弹簧垫圈(202)的 压缩表示施加给所述多个半导体(302)的近似夹持力。
10. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于还包括位于所述端板 (102)的至少一个中的安装孔(602)，所述安装孔(602)包括穿过端板(102)的开口，所述系统通过所述开口直接安装到外壳。
全文摘要
本发明涉及半导体夹持系统。具体地，提供了一种用于夹持多个半导体(302)的系统，所述系统包括第一端板(102)和第二端板(102)，所述第一端板和第二端板大致平行且隔着预定距离彼此相对(所述预定距离通过在第一端板(102)和第二端板(102)之间延伸的一个或更多拉紧构件(104)固定)；和螺旋起重器(204)，所述螺旋起重器(204)包括螺纹圆柱体，所述螺纹圆柱体在被转动时移动通过所述第一端板(102)中的螺纹开口，使得如果以一个方向旋转，所述螺纹圆柱体朝第二端板(102)移动，如果以相反方向旋转，所述螺纹圆柱体远离第二端板(102)移动。
文档编号H01L25/00GK101425485SQ20081017396
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者A·巴尔, A·里特, P·帕特 申请人:通用电气公司