CN103037658B - 用于紧固功率半导体的弹性夹件式装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于紧固功率半导体的弹性夹件式装置，尤其涉及一种用于使用整体有弹力的（弹性）夹件来紧固功率半导体的装置，其能够通过将夹件整体地模制在塑料模块的壳体上而利用U形夹件的弹性来固定如二极管或MOSFET的功率半导体。所述装置包括在桥接器模块中整体地模制在壳体的下表面上并且向下弯曲成类似U形的弹性（有弹力的）夹件，在该桥接器模块中，功率半导体的桥接器突出而穿过壳体的通孔以连接至印刷电路板，从而通过壳体推压功率半导体的力而固定功率半导体。

Description

用于紧固功率半导体的弹性夹件式装置

技术领域

本说明书涉及一种在制造功率半导体时用于将功率半导体整体地固定（紧固）至散热器的装置，例如作为电动车辆的核心部件并且与室杆（boothbar）等形成整体的逆变器和充电器，特别涉及一种用于使用整体的弹性（有弹力的）夹件来紧固功率半导体的装置，其能够通过将U形夹件整体地模制在塑料模块的壳体上而利用U形夹件的弹性来固定功率半导体（如二极管和MOSFET）。

背景技术

通常，功率半导体模块作为用于功率转换的核心半导体器件而被使用，其将直流（DC）或交流（AC）电压或电流转换为系统所要求的适当的形式和大小。功率半导体模块经常被应用至工业应用领域（诸如逆变器、不间断电源、焊机、升降机等）以及车辆领域。

为了克服通过固定到功率半导体器件上而被使用的散热器的问题，诸如晶体管和MOSFET的功率半导体器件通过在散热器处直接形成螺钉插入孔或通过以各自的长度切削的铝制杆遮蔽半导体器件，并且通过螺钉将所述铝制杆固定至散热器而固定到散热器上。然而，这导致了在散热器处形成不必要的螺钉插入孔的问题。

现有技术采用了其中功率半导体以焊接的方式组装至印刷电路板（PCB）上并且以螺栓连接的方式联接到用于冷却的散热器上的方案。为了确保在这一方案中进行有效的组装，当所述半导体位于PCB的外部或内部时，孔额外地形成于PCB处。

将参照图1描述依据现有技术的用于功率半导体的固定结构，图1示出了所述半导体位于PCB外部的构造。

每个功率半导体器件100以接触状态安装在散热器18的半导体安装部19上，并且桥接器110以焊接的方式连接至PCB20的一侧。该PCB20被插入到散热器10的PCB固定凹槽24中。如图1所示，夹件式固定装置10以推压的方式单独地联接至每个功率半导体器件100以适于散热器的特定结构。

参照图2，即使当采用桥接器模块以经由壳体将功率半导体连接至电子电路时，位于壳体下方的功率半导体100也必须通过单独的固定夹件60固定在外部。这里，螺钉被插入到贯穿半导体固定件130形成的固定开口133中以固定功率半导体，并且固定夹件60（钢夹）的推压件65弹性地固定功率半导体。同样地，可以单独地使用插入到夹件固定开口67中的螺钉来固定所述固定夹件60。

此处，对于具有小容量（capacity）的半导体，使用了塑料螺钉。然而，其具有耐热性差的缺点。而且，所述固定夹件60完全地覆盖半导体，其额外地需要用于允许插入工具（诸如驱动器）的孔。这可能导致了电路设计的限制。

在如图1和图2所示出的现有技术中，所述半导体位于PCB的外部以联接用于固定半导体的螺钉。或者，如果这样的结构是不可能的，就需要用于允许插入工具（诸如驱动器等）的孔。由于位置限制，这样会降低PCB的模式设计的自由度。此外，需要螺栓以用于固定夹件，因此增加了组件的数量。

此外，如前述内容所提及的，使用了塑料螺钉来固定小的半导体。因此，由于半导体产生的热量，这种螺钉可能变形并且因此固定力可能会减小或者损失。

发明内容

因此，为了克服现有技术的缺陷，详细说明书的一个方案在于提供一种用于固定功率半导体的整体夹件式模块，其能够通过将弹性（有弹力的）夹件整体地安置到塑料模块的壳体的下表面上以利用夹件的弹性来固定诸如二极管和MOSFET的半导体，从而提高组装效率以及减小对PCB模式设计的限制。

详细说明书的另一方案在于通过减少用于固定所述固定夹件的诸如单独的螺钉和螺栓的所需组件的数量并且不使用塑料螺钉，从而解决如由于半导体产生的热量而造成的螺钉的变形、固定力降低以及损耗的问题。

为了实现这些以及其他的优势并且根据本说明书的目的，正如此处具体实施和宽泛描述的，提供了一种用于将功率半导体固定（紧固）至散热器的装置，其包括：功率半导体，其用于电动车辆的逆变器和充电器；壳体，其与功率半导体一起固定到散热器上并且具有印刷电路板（PCB），PCB布置在壳体上，PCB上具有诸如逆变器、充电器等电子电路，并且PCB经由通孔连接至位于壳体下方的功率半导体的桥接器；以及弹性夹件，其整体地安置在壳体的下表面上以弹性地推压下方的功率半导体从而将所述功率半导体固定到散热器上。

依据另一示例性实施例，所述弹性夹件可包括多个U形凹部，其在钢板的宽度方向上延伸从而形成多个推压件，并且钢板的平面部可形成整体地模制在壳体上的模制部。

如上文所述，本公开在下文将说明的最佳模式、构造以及组装和相关操作的方面可以具有下列效果。

本公开可以不需要单独的用于固定半导体的螺钉，而是将弹性夹件整体地安置在塑料模块的壳体的下表面上从而利用夹件的弹性来固定诸如二极管或MOSFET的半导体，其可能导致组装效率的提高以及减小对印刷电路板的模式设计的限制。

而且，可以减少用于固定夹件的诸如螺钉和螺栓的所需组件的数量，因而获得经济效益。

此外，在不使用由塑料制成的螺钉的情况下，可避免由于半导体产生热量而导致的螺钉的变形、固定力降低以及损耗，可以使组装操作变得容易，并且可以增强半导体的安装位置的自由度。

通过下面给出的详细描述，本申请的进一步适用范围将变得更加显而易见。然而，应当理解的是，由于在本发明的精神和范围内的各种变化和改进通过详细描述对本领域技术人员来说将变得显而易见，所以虽然示出了本发明的优选实施例，但详细的描述和特定示例仅通过阐释的方式给出。

附图说明

所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，并且被并入和构成了本说明书的一部分，附图示出了示例性实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1为示出了依据现有技术的用于将功率半导体固定至散热器的装置的视图；

图2为示出了依据现有技术的将功率半导体固定到桥接器模块上的固定方式的视图；

图3为示出了依据本公开的将功率半导体固定到桥接器模块上的固定方式的视图；

图4为示出了依据本公开的使用弹性（有弹力的）夹件来固定功率半导体器件的操作的视图；

图5为示出了在壳体和弹性夹件之间的模制关系的视图；以及

图6为示出了依据本公开的弹性夹件通过推压功率半导体而固定功率半导体的视图。

具体实施方式

现在将参照附图详细给出根据示例性实施例的用于固定功率半导体的整体夹件式模块的描述。

在本说明书中使用的技术术语仅仅被用于阐明特定的实施例，并且应该理解的是，其并非旨在对本公开进行限定。在没有被分别定义的情况下，包括技术或科学术语在内的所有在此使用的术语可具有与本公开所属领域的技术人员所普遍理解的相同的含义，而不应该被解释为具有过于宽泛性的含义或过于限制性的含义。

在详细的说明书和附图中描述的构造的优选的示例性实施例仅仅为阐释性的，而非整体表示本公开的技术范围。因此，应该理解的是，在提交本申请时存在各种等同方案和变型作为替代。

在下文中，将参照图3至图6详细描述本公开的构造以及优选的示例性的实施例。

一种用于将功率半导体固定（紧固）在散热器上的装置可包括：功率半导体100，其用于电动车辆的逆变器和充电器；壳体200，其与功率半导体100一起固定到散热器上并且具有印刷电路板（PCB），PCB布置在壳体上，PCB上具有诸如逆变器、充电器等电子电路，并且PCB经由通孔230连接至位于壳体200下方的功率半导体100的桥接器110；以及弹性夹件300，其整体地安置在壳体200的下表面上以弹性地推压下方的功率半导体从而将所述功率半导体固定到散热器上。

参照图3，所述功率半导体100位于壳体200的下方并且散热器（未示出）可位于功率半导体100的下方。功率半导体桥接器110可经由通孔230向上突出而穿过壳体200，通孔230贯穿壳体200形成。所述桥接器110可将功率半导体100连接至包括在逆变器、充电器等中且位于其上的PCB（未示出）。

用于将这种类型的全桥接器模块连接至散热器的方案是在用于逆变器和充电器的典型连接方法中所采用的。因此，将省略该方案的详细描述。

使用弹性夹件固定功率半导体的方法可以应用于模制包装，诸如功率因数校正器（PFC）模块和全桥接器模块。

仍然参照图3，使用功率半导体固定装置的固定方法可以实施为使得位于壳体200下方的功率半导体100以接触状态固定到位于其下方的散热器上。因此，功率半导体100可包括：固定元件130，其向功率半导体100的一侧突出以固定到散热器上，并且经由固定元件130的固定开口133整体地固定到下方的散热器上。

通过向下推压功率半导体100而对其进行固定的壳体200可以包括壳体固定开口210，壳体200通过该开口固定到散热器上。

参照图3和图4，依据本发明的装置可包括：弹性夹件300，其用于通过弹性地推压功率半导体100而将功率半导体100固定到散热器上。弹性夹件300可位于壳体200和功率半导体100之间并且整体地附着到壳体200的下表面上。

如参照图2的现有技术所示，通过整体地附着到壳体200的下表面上的弹性夹件300，无需用单独的夹件将功率半导体100固定在外部。因此，功率半导体100的固定器件130可以是隐藏的。这允许保证足够的工作空间并且利于半导体的位置调整，从而引起了工作效率的提高。

图4为示出了通过用形成在壳体200的下表面上的弹性夹件300推压功率半导体100而固定下方的功率半导体100的操作的视图。而且，图5示出了弹性夹件300的形状以及弹性夹件300至壳体200的下表面上的联接。

参照图4和图5，弹性夹件300可由具有向下弯曲的凹部的钢板形成。这种弹性夹件300可整体地联接到壳体200的下表面上。

尽管未示出，作为另一示例，弹性夹件300可由钢板或塑料面板形成，其在宽度方向上具有波状的凹凸形状。此处，凸部可通过粘合剂整体地联接到壳体200上或模制在壳体200上。凹部可形成用于固定地推压下方的功率半导体100的推压件330。

参照图5，弹性夹件300可具有在钢板或塑料板上在宽度方向上凹进的凹部，钢板或塑料板具有平坦的表面。该凹部可实施为推压件330。平面部可形成整体地联接到壳体200的下表面上的模制部350。

弹性夹件300的推压件330为在钢板的宽度方向上延伸的多个U形凹部，并且其可被安装在多个位置上，特别地，安装在与固定到弹性夹件300的下表面上的功率半导体100的位置相对应的位置上。钢板的平面部可形成为模制部350，其整体地模制在壳体上或者借助于粘合剂整体地联接到壳体上。

仍参照图5，弹性夹件300可优选地以模制的方式整体地安装在塑料壳体200的下表面上。可选地，弹性夹件300可通过使用粘合剂而整体地安装。

图6为示出了弹性夹件300的推压件330通过向下推压功率半导体100而将其固定的正视图。此处，当壳体200经由固定开口210固定到散热器上时，力P被向下地施加在壳体200上。弹性夹件300的推压件330之后紧密地附着到功率半导体100上，从而将功率半导体100固定到散热器上。这样即使没有单独的功率半导体固定装置也可以容许设计成套型全桥接器模块。

也就是说，在将全桥接器模块组装到散热器上时，功率半导体100通过被位于功率半导体100上的弹性夹件300推压而紧密地附着到散热器上。这种结构可允许功率半导体器件以紧密附着的状态组装到散热器上而不使用如螺钉等单独的联接元件。因此，可以减少诸如螺钉等组件的数量从而减少制造成本并且可以使组装操作变得容易。此外，当使用塑料联接螺栓时，由于半导体产生的热量可能导致螺栓的变形或固定力的损耗。然而，这种问题能够被克服。

而且，半导体的安装位置的自由度的提高可使得位置限制被克服，因此提高了PCB的模式设计的自由度。

前述实施例及优势仅仅是示例性的，而不应当解释为对本公开进行限制。本教导能够容易地应用于其它类型的装置。本说明书意图是阐释性的，而不限制权利要求的范围。许多可选方案、改进及变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里所描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特性可以通过各种方式进行组合，以获得另外的和/或可选的示例性实施例。

由于可以在不偏离其特性的情况下以多种形式来实施本发明的特征，因此还应当理解的是，上述实施例不受前述说明书的任一细节的限制，除非另有说明，而是应当在如所附权利要求限定的范围内进行宽泛的解释，因此落在权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同范围内的全部改变和改进旨在被所附的权利要求所包含。

Claims (2)

1.一种弹性夹件，其用于将功率半导体器件固定到预定位置的装置，所述装置包括：固定至散热器的壳体，所述散热器具有印刷电路板并与所述功率半导体器件接触，其特征在于,安置在所述壳体的下表面和所述功率半导体器件之间的所述弹性夹件包括：

多个表面,其限定至少一个凹形部,

其中预定数目的所述多个表面整体地模制在所述壳体的下表面上；

所述多个表面中的一对连接表面，

其中所述一对连接表面从所述多个表面中的一个的两个相反端倾斜地延伸；以及

所述多个表面中的一对推压表面，

其中所述一对推压表面从所述一对连接表面中每一个的自由端水平向外延伸,

并且其中所述一对连接表面中每一个都能响应所述壳体施加的载荷而弹性变形，以推压所述半导体器件。

2.如权利要求1所述的弹性夹件，其中，所述多个表面中的每一个由钢制成。