一种压力分层串联夹具的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种压力分层串联夹具。

背景技术：

半导体元件是导电性介于良导电体和绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子元件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。为保证半导体元件能够正常工作，需要夹具对半导体元件进行压装。

不同大小的大功率半导体器件正常工作时所需的压力大小不同，在实际应用中，会将大小不同的元件分开压装成组件，一个夹具内串联相同大小的元件。例如，通常做法为将3个三寸元件串联压装在一个夹具内，将3个四寸元件串联压装在另一个夹具内，两套夹具分别施加各自所需的工作压力，再形成串联连接。

然而，对于不同大小的半导体元件，需要进行多次夹持，费时费力，影响工作效率，而且多套夹具夹持不同大小半导体元件之后形成串联连接，其整体体积比较大，不方便运输。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种压力分层串联夹具，用于实现不同的组件压装，减小夹具的整体体积，简化了组件的压装和安装工作。

根据本发明的一个实施例，提供了一种压力分层串联夹具，包括第一压板、第二压板、第三压板以及穿过三个压板的边沿的多个具有限位挡块的限位螺杆、设置于所述第一压板和第二压板之间的第一组合碟簧导柱和设置于所述第二压板和所述第三压板之间的第二组合碟簧导柱，

其中，所述第二压板固定于所述限位螺杆上；

所述第一压板和所述第三压板设置于所述第二压板的两侧，并且所述第一压板可沿所述限位螺杆在所述第二压板和所述限位螺杆的一端的限位挡块之间移动，所述第三压板可沿所述限位螺杆在所述第二压板和所述限位螺杆的另一端的限位挡块之间移动；

所述第二压板的中心位置处设置有第一定位通孔，所述第二组合碟簧导柱受力时通过所述第一定位通孔与所述第一组合碟簧导柱接触，以使得在向所述第二压板施加压力时，该压力通过所述第二组合碟簧导柱和所述第一组合碟簧导柱传导至所述第一压板。

根据本发明的一个实施例，还包括设置于所述第一组合碟簧导柱和所述第一压板之间的第四压板，其中，所述多个限位螺杆穿过所述第四压板的边沿，并且所述第四压板可沿所述限位螺杆移动。

根据本发明的一个实施例，所述第一压板面向所述第四压板的一侧设置有与所述第一定位通孔的位置对应的第一中心定位孔，所述第三压板面向所述第二压板的一侧设置有与所述第一定位通孔的位置对应的第二中心定位孔。

根据本发明的一个实施例，所述第四压板对应于所述第一中心定位孔设置有第二定位通孔。

根据本发明的一个实施例，所述第一组合碟簧导柱的导柱包括依次设计并且直径依次减小的第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分，其中，所述第一组合碟簧导柱中的碟簧环绕对应的第二导柱部分，所述第一组合碟簧导柱中的第三导柱部分伸入所述第二定位通孔。

根据本发明的一个实施例，所述第一组合碟簧导柱的第三导柱部分的长度大于所述第一组合碟簧导柱在自由状态时碟簧的压缩量与所述第二定位通孔的长度之和。

根据本发明的一个实施例，所述第二组合碟簧导柱的导柱包括依次设计并且直径依次减少的第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分，其中，所述第二组合碟簧导柱中的碟簧环绕对应的第二导柱部分，所述第二组合碟簧导柱中的第三导柱部分伸入所述第一定位通孔。

根据本发明的一个实施例，所述第二组合碟簧导柱的第三导柱部分的长度等于所述第二组合碟簧导柱在自由状态时碟簧的压缩量与所述第一定位通孔的长度之和。

根据本发明的一个实施例，所述第二组合碟簧导柱的第一导柱部分面向所述第三压板的一侧设置有与所述第一定位通孔对应的第三中心定位孔。

根据本发明的一个实施例，所述第一压板、所述第二压板、所述第三压板和所述第四压板上均设置有通孔以使得所述限位螺杆穿过对应的压板，其中，所述第一压板、所述第三压板和所述第四压板上的通孔为大于限位螺杆直径的光孔，所述第二压板的通孔为与所述限位螺杆配合的螺纹孔。

本发明的有益效果：

本发明不需对不同大小的大功率半导体元件分开压装，可以实现将不同大小元件压装在一个夹具内，通过夹具设计来实现不同的组件压装，减小夹具的整体体积，简化了组件的压装和安装工作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的压力分层串联夹具结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的压板上的通孔排布示意图；

图3是根据本发明一个实施例的压力分层串联夹具的工作原理示意图；

其中，1：第一压板，2：第二压板，3：第三压板，4：第四压板，5：限位挡块，6：限位螺杆，7：第一组合碟簧导柱，8：第二组合碟簧导柱，9：第一中心定位孔，10：第二中心定位孔，11：第三中心定位孔，12：第一定位通孔，13：第二定位通孔，14：限位螺杆通孔。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1是根据本发明一个实施例的压力分层串联夹具结构示意图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

该压力分层串联夹具包括第一压板1、第二压板2、第三压板3、多个限位螺杆6、第一组合碟簧导柱7和第二组合碟簧导柱8。其中，限位螺杆6可以根据实际需要进行设定，并且在每个限位螺杆6的两端均设有限位挡块5。图2是根据本发明一个实施例的第一压板1、第二压板2和第三压板3的结构示意图，各压板设置为矩形，沿各压板的边沿的四角各设置有一个通孔14(通孔数量与限位螺杆6数量匹配)，限位螺杆6穿过第一压板1、第二压板2和第三压板3上的通孔将三个压板组装为一体。

其中，第二压板2固定在限位螺杆6上，第一压板1和第三压板3设置在第二压板2的两侧。第一压板1可以沿着限位螺杆6在第二压板2和限位螺杆6一端的限位挡块5之间移动。第三压板3可以沿着限位螺杆6在第二压板2和限位螺杆6另一端的限位挡块5之间移动。限位螺杆6和限位挡块5可以采用紧固螺栓组，采用紧固螺母作为限位挡块5可以通过紧固螺母向相应压板施加压力。

如图1所示，第二压板2的中心位置处设有第一定位通孔12，第二组合碟簧导柱8在受力时，其碟簧82发生变形，导柱81可以通过第一定位通孔12与第一组合碟簧导柱7的导柱71接触，使得在向第三压板3施加压力时，该压力可以通过第二组合碟簧导柱8中的碟簧82变形和第一组合碟簧导柱7将压力传导至第一压板1。

如图1所示，在使用该压力分层串联夹具时，将第一组待压装组件p1放置于第一压板1和第一组合碟簧导柱7之间，将第二组待压装组件p2放置于第三压板3和第二组合碟簧导柱8之间。由于重力作用，第一压板1与第一组待压装组件p1(第一组件)下表面接触，第一组件p1上表面与第一组合碟簧导柱7下表面接触，第一组合碟簧导柱7的上表面与第二组合碟簧导柱8的下表面接触，第二组合碟簧导柱8的上表面与第二组待压装组件p2(第二组件)的下表面接触，第二组件p2的上表面与第三压板3接触。

然后向第三压板3施加外力，由于第三压板3可沿限位螺杆6移动，该外力可依次传导至第二组件p2、第二组合碟簧导柱8和第一组合碟簧导柱7。由于第二压板2固定于限位螺杆6上，其不传导压力，只有部分外力经第二组合碟簧导柱8传导至第一组合碟簧导柱7，其余外力用于对第二组件p2进行压装。

本发明通过第一压板1、第二压板2、第三压板3、限位螺杆6、第一组合碟簧导柱7和第二组合碟簧导柱8组成的压力分层串联夹具能够同时夹持不同大小的两组半导体元件，且夹具的整体体积比分开压装夹具的体积小。本发明克服了传统夹具只能对同一大小半导体元件紧固夹持而不能同时夹持不同大小的半导体元件的缺陷，实现了不同大小半导体元件一次夹持完成，提高了工作效率，减小了压装夹具体积。

在本发明的一个实施例中，该夹具还包括设置于第一组合碟簧导柱7和第一压板1之间的第四压板4，其中，多个限位螺杆穿过第四压板4的边沿，并且第四压板4可沿限位螺杆移动。具体的，如图1所示，在第一组合碟簧导柱7和第一压板1之间设置有第四压板4。第四压板4上也设置有如图2所示的通孔，限位螺杆6可以穿过该通孔，第四压板4可沿限位螺杆6移动。这样，第一组合碟簧导柱7可以将压力通过面积更大的第四压板4传至第一组件p1，可以实现更好的压装效果。

第一压板1、第三压板3和第四压板4上的通孔为大于限位螺杆直径的光孔，可以使得第一压板1、第三压板3和第四压板4沿限位螺杆移动，第二压板2的通孔为与限位螺杆配合的螺纹孔以使得第二压板固定在限位螺杆上。

在本发明的一个实施例中，第一压板1面向第四压板4的一侧设置有与第一定位通孔12的位置对应的第一中心定位孔9，第三压板3面向第二压板的一侧设置有与第一定位通孔12的位置对应的第二中心定位孔10。具体的，如图1所示，第一压板1面向第四压板4的一面设置有与第一定位通孔12的位置对应的第一中心定位孔9，在第三压板3面向第二压板2的一面设置有与第一定位通孔12的位置对应的第二中心定位孔10。第一中心定位孔9能够定位并固定第一组件p1，第二中心定位孔10能够定位并固定第二组件p2，这样可以使得第一组件p1和第二组件p2在压装过程中不发生移动。

在本发明的一个实施例中，第四压板4对应于第二中心定位孔10设置有第二定位通孔13。具体的，如图1所示，第四压板4对应于第一中心定位孔9设置有第二定位通孔13。第二定位通孔13也能够对第一组件p1进行定位和固定。

在本发明的一个实施例中，第一组合碟簧导柱的导柱7的导柱包括依次设计并且直径依次减少的第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分，其中，第一组合碟簧导柱中的碟簧环绕对应的第二导柱部分，第一组合碟簧导柱中的第三导柱部分伸入第二定位通孔13。具体的，如图1所示，第一组合碟簧导柱7的导柱包括第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分。第一导柱部分的直径大于第二导柱部分的直径，第二导柱部分的直径大于第三导柱部分的直径。第一组合碟簧导柱7中的碟簧环绕对应第二导柱部分，第一组合碟簧导柱7中的第三导柱部分伸入第二定位通孔13。

在本发明的一个实施例中，第一组合碟簧导柱7的第三导柱部分的长度大于第一组合碟簧导柱在自由状态时碟簧的压缩量与第二定位通孔13的长度之和。也就是说，第一组合碟簧导柱7的第三导柱部分的必须长度小于第四压板4的厚度。这样，该第二定位通孔13不仅可以对第一组件p1进行定位和固定，还可以对第一组合碟簧导柱7进行定位和固定。并且，第一组合碟簧导柱7的第三导柱部分的长度至少还要大于第一组合碟簧导柱7在自由状态时碟簧的压缩量与第二定位通孔13的长度之和。此处的自由状态指的是该第一组合碟簧导柱7在该夹具中只受到重力时的状态。此时，要求碟簧具有一定的压缩量，就是要求第一组合碟簧导柱7的第二导柱部分的下表面与第四压板4之间具有一间隙h1。优选地，在夹具的组成零部件处于自由状态时，第一组合碟簧导柱7的第三导柱部分的长度大于第一组合碟簧导柱7在自由状态时碟簧的压缩量与第二定位通孔13的长度之和。这样不仅可以对第一组合碟簧导柱7进行定位和固定，还可以对第一组件p1进行固定和定位。

在本发明的一个实施例中，第二组合碟簧导柱8包括依次设计并且直径依次减小的第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分，其中，第二组合碟簧导柱8中的碟簧环绕对应的第二导柱部分，第二组合碟簧导柱中的第三导柱部分伸入第一定位通孔12。具体的，第二组合碟簧导柱8中的导柱包括第一导柱部分、第二导柱部分和第三导柱部分，其中第一导柱部分的直径大于第二导柱部分的直径，第二导柱部分的直径大于第三导柱部分的直径。第二组合碟簧导柱8中的碟簧环绕对应的第二导柱部分，第二组合碟簧导柱8中的第三导柱部分伸入第一定位通孔12。在受力时，第二组合碟簧导柱8中的第三导柱部分可与第一组合碟簧导柱7中的第一导柱部分接触，进而将压力传导至第一组合碟簧导柱7。

在本发明的一个实施例中，第二组合碟簧导柱8的第三导柱部分的长度等于第二组合碟簧导柱8在自由状态时碟簧的压缩量与第一定位通孔12的长度之和。也就是说，第二组合碟簧导柱8的第三导柱部分的必须长度大于第二压板2的厚度，这样可以使得第二组合碟簧导柱8在受力时，第三导柱部分伸出第一定位通孔12将压力施加到第一组合碟簧导柱7的第一导柱部分。否则，由于第二压板不传导压力，第二组合碟簧导柱8的第三导柱部分不突出至第二压板下表面，不能将压力传导给第一组合碟簧导柱7。优选地，可以设置在不向该夹具施加压力时，即夹具的组成零部件在自由状态时，第二组合碟簧导柱8的第二导柱部分的下表面与第二压板的上表面有一距离h2，第三导柱部分的下表面与第二压板的下表面持平。这样，第三导柱部分的长度等于h2与第一定位通孔长度之和。当距离h2消失时，第二组合碟簧导柱向传导至第一组合碟簧导柱的压力保持不变。

在本发明的一个实施例中，第二组合碟簧导柱8的第一导柱部分面向第三压板3的一侧设置有与第一定位通孔12对应的第三中心定位孔11。具体的，如图1所示，第二组合碟簧导柱8的第一导柱部分面向第三压板3的一侧设置有与第二中心定位孔10对应的第三中心定位孔11。第三中心定位孔11和第二中心定位孔10分别对第二组件p2的相对两端进行定位和固定，确保在压装的过程中第二组件p2不会发生偏移。

以下通过一个具体的实施例，来说明本发明所述夹具的工作原理。在未向该夹具施加压力时，各组成结构部件之间只有零部件的重力。第一组合碟簧导柱7和第二组合碟簧导柱8均基本处于自由状态。此时，对于第二组合碟簧导柱8中的碟簧，其由于受到对应导柱的重力作用导致一定的压缩量，但该重力不能使碟簧完全被压缩。这样就使得第二组合碟簧导柱8中的第二导柱部分的下表面与第二压板上表面之间具有一间隙h2。在施加一外力使得该间隙h2消失过程中，第二组合碟簧导柱8中的第三导柱部分与第一组合碟簧导柱7中的第一导柱部分接触，该外力中的部分以可变方式传导到第一组合碟簧导柱7。在该间隙h2消失后，则该外力无法传导到第一组合碟簧导柱7。第一组合碟簧导柱7在受到压力时，对应的碟簧在发生变形的同时，使得第四压板4向下移动。

如图3所示，第一组合碟簧导柱7处于自由状态时，第一组合碟簧导柱7中第二导柱部分的下端面与第四压板4的距离为h1，表示当第一组合碟簧导柱7中第一导柱部分的上端面受到压力向下挤压碟簧时，最多向下运动h1的距离，即第一组合碟簧导柱7中碟簧的压缩量是h1。第二组合碟簧导柱8处于自由状态时，第二导柱部分的下端面与第二压板4的距离为h2，表示当第二组合碟簧导柱8中的第一导柱部分的上端面受到压力向下挤压碟簧时，最多向下运动h2的距离，即第二组合碟簧导柱8中碟簧的压缩量是h2。

第一组合碟簧导柱7中碟簧的压缩量h1等于第二组合碟簧导柱8中碟簧的压缩量h2。通过预先设计计算，选用合适规格、数量、组合方式的碟簧，使得第一组合碟簧导柱7中的碟簧在产生h1的变形量时所需要的压力等于第一组待压装组件p1所需要的压装力，此处第一组合碟簧导柱7中碟簧与导柱配合形成定量力的衡量装置。

第二组合碟簧导柱8中的碟簧的规格数量及组合方式可根据实际需要进行设定，但第二组待压装组件p2所需的工作压力大于第二组合碟簧压缩变形h2所需的压力与第一组待压装组件p1所需的工作压力之和，此处第二组合碟簧导柱8的功能为向第一组合碟簧导柱7传递压力并使第一组合碟簧导柱7产生定量压缩以产生定量压力，同时也为第二组待压装组件p2提供弹性预紧力。

当按压装方法拧紧四个限位螺杆上的紧固螺母时，第三压板3向下面的第二组件p2提供的压力慢慢增大，压力通过第二组件p2，传到第二组合碟簧导柱中的导柱81向下压缩第二组合碟簧导柱碟簧82，使导柱向下运动。导柱与碟簧配合的圆柱段下端面与第二压板之间的距离h2减小。在第二组合碟簧导柱中81向下压缩的同时，其定位段下端面压紧第一组合碟簧导柱中导柱71上表面，压力传递到第一组合碟簧导柱中导柱71，第一组合碟簧导柱中导柱71向下压缩第一组合碟簧导柱中碟簧72并向下运动，组合弹簧压缩产生的弹力通过与其接触的压板四4向下传递到第一组件p1及第一压板1。当螺母施加在第三压板3上的压力足够大使第二组合碟簧导柱8的压缩量等于h2时，第二组合碟簧导柱8中导柱与碟簧配合的圆柱段下端面与压板二2表面接触压紧，而导柱71也在导柱81向下运动传递来的压力下向下压缩组合碟簧71至导柱71与碟簧配合的圆柱段下端面与第四压板4表面接触。此时组合碟簧71的变形量为h1，其压缩弹力刚好为第一组件p1所需的工作压力，此压力通过组合碟簧72与第四压板4的接触向下传递到第一组件p1及第一压板1。此时螺栓上的螺母继续紧固，压力继续增大，由于导柱81与碟簧82配合的圆柱段下端面与压板二2已经完全压紧接触，无法再向下运动，而不会继续向第一组合碟簧导柱中导柱71传递，故第一组合碟簧导柱中导柱71向下的压力不再增大，保持不变。

第一组合碟簧导柱中导柱71的压力通过端面直接传递到第二压板2上，但由于第二压板2与螺栓为螺纹连接无法移动，增大的压力变成第二压板2到第三压板3之间的零部件及螺栓之间的内部压力，第二组件p2所受的压力增大，随着螺母的持续紧固，直至达到第二组件p2所需的工作压力为止。此时螺母提供的总压力等于第一组件p1工作压力与第二组件p2工作压力之和。

在本发明中，第二组合碟簧导柱8也可以按照第一组合碟簧导柱7的方法，实现当第二组合碟簧导柱8的压缩量到达h2时，其产生的压缩弹力正好为第二组件p2所需的工作压力。这种方案下，依然为h1＝h2，当第二组合碟簧导柱8中的组合碟簧与碟簧配合的圆柱段下端面与第二压板2表面压紧接触时，第二组合碟簧导柱的碟簧产生的压缩弹力等于第二组件p2所需的工作压力，第二组合碟簧导柱的碟簧产生的压缩弹力正好为第二组件p2所需的工作压力，即夹具上下两层同时到达所需的压力值，但是第二组合碟簧导柱8的碟簧、第一组合碟簧导柱7的碟簧、变形量h的选配计算会更复杂。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。