CN1389913A - 平形半导体堆叠装置 - Google Patents

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Abstract

一种平形半导体堆叠装置,在平形半导体元件(1)上凸出设置销子(7),在散热体接合面上设置供销子(7)嵌合的定位凹部(8a)和从散热体(2)的端面起与凹部(8a)连续为一体的导向槽(8)。通过将销子(7)插入导向槽(8)后使之移动并在定位凹部(8a)停止,将平形半导体元件(1)和散热体(2)对位。采用本发明,可容易、准确地对位,而不会损伤半导体元件和散热体,且便于平形半导体元件的交换。

Description

平形半导体堆叠装置
技术领域
本发明涉及采用平形半导体元件的半导体功率转换装置，尤其涉及将平形半导体元件和散热体交替重叠构成的堆叠装置。
背景技术
一般，用于半导体功率转换装置的平形半导体堆叠装置是将GCT元件等平形半导体元件与冷却该元件的散热器等散热体交替重叠，并在其重叠方向加压后构成。
近年，随着平形半导体元件的大容量化及外形尺寸的大型化，散热量也在增大，而且散热用的散热体也在大型化。更要求将这样的平形半导体元件多层重叠以构成紧凑的功率转换装置，平形半导体堆叠装置更加重要。
将大型平形半导体元件和散热体多层重叠构成的平形半导体堆叠装置，在进行组装或交换平形半导体元件时，将平形半导体元件的中心准确对位很重要。
另外，近年有一种使平形半导体元件与驱动其的门电路一体化以使性能提高的门一体式平形半导体元件，平形半导体元件的重量更重，在这种情况下，准确对中心的技术更为重要。
图7表示传统的平形半导体堆叠装置的堆叠结构。如图7所示，平形半导体元件1和冷却用的散热体2按所规定数量交替重叠，并从两端在重叠方向加压。
图8是表示图7所示的平形半导体堆叠装置中平形半导体元件1和散热体2间的对位装置的立体图。
如图8所示，在平形半导体元件1的接合面的中心设有定位孔3a，在与该定位孔3a对应位置的散热体2的接合面上凸出固定着中心销3。通过将该中心销3插入平形半导体元件1的定位孔3a，将平形半导体元件1和散热体2对位。
这种结构的平形半导体堆叠装置制作完毕后，如只交换平形半导体元件1，则如图9所示，在平形半导体元件1和散热体2之间，先要留出超过中心销3的高度的空间，再将平形半导体元件1上提、抽出，以避免被中心销3擦伤。在插入平形半导体元件1时，要将平形半导体元件1上提，以避免被中心销3擦伤，并将中心销3对准平形半导体元件1的定位孔3a后插入，再消除先前留出的空间，完成交换作业。
图10是将图8所示的传统平形半导体元件1和散热体2的对位之例运用于将半导体元件1和驱动其的门电路5都装在同一底板4上使之一体化的门一体式平形半导体元件6时的情况。此时与图8所示的场合一样，通过将凸出固定于散热体2的接合面上的中心销3插入设在平形半导体元件1的接合面的中心的定位孔3a，将门一体式平形半导体元件6和散热体2对位。
不过，在这种场合，在平形半导体元件1的背面，定位孔3a设在底板4上，底板4的背面和散热体2接合。
传统的平形半导体堆叠装置如以上所述，为使平形半导体元件1和散热体2对位，交换平形半导体元件1时，要在平形半导体元件1和散热体2之间留出超过中心销3的高度的空间。因此，各平形半导体元件1及各散热体2在重叠方向的位置要为留出超过中心销3高度的空间而在它们之间留出很大余量，使装置结构变得烦杂。
另外，要将平形半导体元件1上提后从堆叠结构中抽出或插入，而上提又大又重的平形半导体元件1需要很大的力或者专用夹具。另外，此时平形半导体元件1还可能被中心销3擦伤，会使平形半导体元件1的可靠性显著下降。
再有，平形半导体元件1和散热体2间的对位是靠目视进行中心销3和定位孔3a的对位，然而，由于平形半导体元件1的大型化，其中心位置离操作者很远，使得调整困难费时。而若在中心位置未对准的状态下消除留出的空间，就会使平形半导体元件1或散热体2受伤，从而降低平形半导体元件1的特性和散热体2的散热性能。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题，目的在于提供一种平形半导体堆叠装置，可减少为在平形半导体元件和散热体之间留出空间所需的余量，不会损伤平形半导体元件和散热体，并容易使平形半导体元件和散热体准确对位。
本发明技术方案1所述的半导体堆叠装置是在平形半导体元件和散热体相互间的接合面设有对位装置，将它们交替重叠并在重叠方向加压后构成，其特征在于，所述对位装置是使所述平形半导体元件相对于所述散热体而沿与所述重叠方向垂直的方向滑动，并使该滑动动作在定位部停止后进行对位。
另外，本发明技术方案2所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，对位装置具有：凸出设置在平形半导体元件和散热体中任一方构件的接合面上的销子；设在另一方构件的接合面上供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述另一方构件的接合面、从其端面至该凹部而与该凹部连续成一体的导向槽。
另外，本发明技术方案3所述的平形半导体元件装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：在所述平形半导体元件的底板面上向接合方向凸出设置的销子；设在散热体的接合面上供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述散热体的接合面上、从其端面至该凹部而与该凹部连续成一体的导向槽。
另外，本发明技术方案4所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：凸出设置在散热体的接合面上的销子；设在所述平形半导体元件的底板上供所述销子嵌合的定位孔；从所述底板的端面至该定位孔而与该定位孔连续成一体的导向槽。
另外，本发明技术方案5所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案2中，平形半导体元件和散热体间的接合面上的各对位装置分别设有多个销子、定位孔(凹部)及导向槽。
另外，本发明技术方案6所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，在所述平形半导体元件的底板背面一侧的所述散热体的接合面上，设有从其端面起嵌入所述底板用的沟槽，并将该沟槽的侧壁作为对位装置的定位部。
另外，本发明技术方案7所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有将所述散热体的端部定位的定位板。
另外，本发明技术方案8所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有多个销子，作为将所述散热体的端部定位的定位部。
附图说明
图1是表示本发明实施形态1的平形半导体堆叠装置的堆叠结构的侧视图及表示平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图2是表示本发明实施形态2的门一体式平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图3是表示本发明实施形态3的门一体式平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图4是表示本发明实施形态4的门一体式平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图5是表示本发明实施形态5的门一体式平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图6是表示本发明实施形态5的另一例平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
图7是表示传统的平形半导体堆叠装置的堆叠结构的侧视图。
图8是表示传统的平形半导体元件和散热体间的对位装置的侧视图。
图9是说明在传统的平形半导体堆叠装置中交换形半导体元件的侧视图。
图10是表示传统的门体式平形半导体元件和散热体间的对位装置的立体图。
具体实施方式
实施形态1
以下结合附图详细说明本发明的实施形态1。
图1(a)是表示本发明实施形态1的平形半导体堆叠装置的堆叠结构的侧视图。另外，图1(b)是表示图1(a)所示的平形半导体堆叠装置中平形半导体元件1和散热体2间的对位装置的立体图。再有，为了说明上的方便，图1(b)中将平形半导体元件1和散热体2分开图示。
如图1(a)所示，平形半导体元件1和为冷却其的散热体2按所规定数量交替重叠并在重叠方向(A方向)加压。另外，如图1(a)，图1(b)所示，在平形半导体元件1的接合面中心凸出固定有中心销7，在与该中心销7对应位置的散热体2的接合面上，设有嵌合中心销7用的定位凹部8a和与之连续并延伸到散热体2一端面的导向槽8。该导向槽8与定位凹部8a为一体结构，即，从散热体2的一端面开口的导向槽8的终端成为散热体2的接合面的中心线上的定位凹部8a。在平形半导体元件1上下两侧的重叠时对应的位置上，同样地设置这样的中心销7、定位凹部8a及导向槽8。不过，导向槽8及定位凹部8a的深度略大于凸出在平形半导体元件1的接合面上的中心销7的高度。
在这种结构的平形半导体堆叠装置上，将设在平形半导体堆叠1的接合面上的中心销7插入散热体2的导向槽8，通过使中心销7沿导向槽8移动，使平形半导体元件1相对于散热体2沿B方向滑动。一旦中心销7到达定位凹部8a，因该定位凹部8a是导向槽8的终端，所以上述滑动动作停止，中心销7和定位凹部8a嵌合。由此使平形半导体元件1和散热体2准确地对位。
如上所述，是使平形半导体元件1沿着与将平形半导体元件1和散热体2重叠的方向垂直的方向滑动。该滑动动作由于导向槽8的终端，即定位凹部8a的限位而停止，在设在平形半导体元件1上的中心销7和散热体2的定位凹部8a嵌合的状态下，平形半导体元件1和散热体2接合。
另外，平形半导体堆叠装置制作完毕后，在为了交换而只取出平形半导体元件1时，通过使中心销7从定位凹部8a起沿导向槽8移动，使平形半导体元件1相对于散热体2而沿B方向滑动，以从平形半导体堆叠装置抽出平形半导体元件1。
如上所述，无论是从平形半导体堆叠装置抽取平形半导体元件1，还是将平形半导体元件1插入上下散热体2之间后与散热体2对位，由于是中心销7沿导向槽8移动，故只要消除重叠方向的加压，就不必专门留出散热体2与平形半导体元件1之间的距离。因此，大型化、重量化的平形半导体元件1不需抬起就可滑动，而且不会损伤平形半导体元件1及散热体2。
在上述实施形态中，是中心销7设在平形半导体元件1上，定位凹部8a及导向槽8设在散热体2上，但并不仅限于此，也可以将中心销7设在散热体2上，将定位凹部8a及导向槽8设在平形半导体元件1上。
实施形态2
图2是表示本发明实施形态2的平形半导体堆叠装置中平形半导体元件1和散热体2间的对位装置，表示适用于将半导体元件1和驱动其的门电路5装在同一底板4上使之一体化的门一体式平形半导体元件6的场合。在这里对门一体式平形半导体元件6的下侧、即底板4的背面和散热体2间的对位装置加以说明。另外，为了说明上的方便，底板4和散热体2分开图示。
如图2所示，销子9凸出固定在底板4背面的规定位置，在与该销子9对应位置的散热体2的接合面上，设有供销子9嵌合的定位凹部10a和与之连续且延伸到散热体2的一端面的导向槽10。该导向槽10与定位凹部10a为一体结构，即，从散热体2的一端面延伸的导向槽10的终端成为定位凹部10a。在此场合，销子9、定位凹部10a及导向槽10在接合面的周围区域各设2个，2个导向槽10的导向方向(导向槽10的长度方向)相互平行。
导向槽10及定位凹部10a的深度略大于凸出在底板4背面的销子9的高度。
在种结构的平行半导体堆叠装置上，将设在底板4的背面的销子9插入散热体2的导向槽10，并使销子9沿导向槽10移动，由此使门一体式平形半导体元件6相对于散热体2而沿B方向滑动。一旦销子9到达定位凹部10a，因该定位凹部10a是导向槽10的终端，所以上述滑动动作停止，销子9和定位凹部10a嵌合。由此将平形半导体元件1和散热体2容易准确地对位。
相反，在为了交换而只取出门一体式平形半导体元件6时，通过使销子9从定位凹部10a起沿导向槽10移动，使门一体式平形半导体元件6相对于散热体2而沿B方向滑动，以从平形半导体堆叠装置抽出。
在该实施形态中，由于销子9沿导向槽10移动，因此只要消除重叠方向的加压，就不必特别设定散热体2与门一体式平形半导体元件6之间的距离。因此，不需抬起就可使大型化、重量化的门一体式平形半导体元件6及散热体2滑动，而且不会损伤门一体式平形半导体元件6及散热体2。
不过，以上是销子9、定位凹部10a及导向槽10各设2个，但也可以设1个或3个以上。设置多个时，不仅可进行中心位置的对位，而且可以进行旋转方向的准确对位，实现可靠性更高的对位。
另外，上述实施形态是就门一体式平形半导体元件6与其下侧的散热体2间的对位装置作了说明，而如果是与上侧的散热体2间的对位装置，则在底板上面设置销子9，并在上侧的散热体2的接合面上设置定位凹部10a与导向槽10。此时，销子9配置在底板4上面设置门电路5及平形半导体元件1的区域以外的区域，与设在底板背面的场合相比较，销子9的高度要与平形半导体元件1的厚度相等。另外，设在底板4上下的两块散热体2上的所有导向槽10的导向方向(导向槽10的长度方向)为同一方向。
另外，关于与上侧散热体2间的对位装置，也适用上述实施形态1的对位装置，可以在底板上的平形半导体元件1的接合面中心设中心销7，在散热体2的接合面上设置定位凹部8a和与之连续地延伸到散热体2的一端面的导向槽8设。此时也是设在底板4上下的两块散热体2上的所有导向槽8、10的导向方向为同一方向。
实施形态3
上述实施形态2是将销子9设在门一体式平形半导体元件6的底板4上，也可以将销子设在散热体2上。图3是表示本发明实施形态3的门一体式平形半导体元件6的下侧、即底板4的背面与散热体2间的对位装置的立体图。另外，为了说明上的方便，底板4和散热体2分开表示。
如图3所示，销子11凸出固定在散热体2的接合面、即上面的规定位置，在与销子11对应位置的门一体式平形半导体元件6的底板4上，设有供销子11嵌合的定位孔12a和与之连续地延伸到底板4一端面的导向槽12。该导向槽12设在底板4不装平形半导体元件1和门电路5的区域，与定位孔12a形成一体结构，即，从底板4的一端面起延伸的导向槽12的终端成为定位孔12a。
此时也是将销子11插入导向槽12后使之沿导向槽12移动，由此使门一体平形半导体元件6相对于散热体2而沿B方向滑动。这样，门一体式平形半导体元件6和散热体2就能容易地对位，还可容易地从平形半导体堆叠装置中取出门一体式平形半导体元件6进行交换，获得与上述实施形态2同样的效果。
另外，如果是与上侧散热体2间的对位装置，就在上侧的散热体2下面设置销子11。此时，上侧的散热体2的销子11与下侧的散热体2的销子11相比，其高度要与平形半导体元件1的厚度相等。再有，插入该销子11用的导向槽12不要与插入下侧散热体2的销子11用的导向槽12的位置重合。
另外，关于与上侧散热体2间的对位装置，也可适用上述实施形态1或2的对位装置。
实施形态4
图4是表示本发明实施形态4的门一体式平形半导体元件6的下侧，即底板4的背面与散热体2间的对位装置的立体图。另外，为了说明上的方便，底板4与散热体2分开表示。
如图4所示，在散热体2的接合面上设有从端面开始嵌入底板4用的沟槽13。
在这种场合，使底板4的端面对准散热体2端面上的沟槽13，并使门一体式平形半导体元件6(底板4)相对于散热体2而沿B方向滑动，以将底板4嵌入沟槽13。此时，一旦底板4的端面到达沟槽13的终端部、即作为定位部的侧壁，由于该沟槽13的侧壁的限位，上述滑动动作停止，平形半导体元件1和散热体2就容易准确地对位。另外，通过使门一体式平形半导体元件6(底板4)相对于散热体2反向滑动，可以容易地从平形半导体堆叠装置取出门一体式平形半导体元件6(底板4)进行交换。
由此可以取得与上述实施形态2同样的效果，同时通过使沟槽13的形状与底板4吻合，可得到不易错位的效果。
实施形态5
图5是表示本发明实施形态5的门一体式平形半导体元件6的下侧，即底板4的背面和散热体2间的对位装置的立体图。是从底板4的下侧看的立体图，表示底板4和散热体2间的对位状态。
如图5所示，在底板4的背面固定有2个L形板14，作为嵌入散热体2的端部(角部)用的定位板。
在这种场合，将底板4的装载平形半导体元件1的那一侧的端面置放于散热体2上，使门一体式平形半导体元件6(底板4)相对于散热体2而沿B方向滑动。此时，散热体2的2个端部(角部)嵌入设在底板4背面的2个L形板14，在此状态下，由于L形板14限位，上述滑动动作停止，平形半导体元件1和散热体2容易准确地对位。另外，通过使门一体式平形半导体元件6(底板4)相对于散热体2反向滑动，可以容易地从平形半导体堆叠装置取出门一体式半导体元件6进行交换。
由此可以取得与上述实施形态2同样的效果，同时获得不易产生错位、价格低廉的对位装置。
不过，定位板的形状并不只限于L形，例如，也可以将一个L形板14沿2个方向分割，用互相垂直分开的2块板构成。
另外，如图6所示，当散热体2的长度比底板4短时，可以在底板4的背面设置多个定位销15来代替L形板14固定散热体2的端部(角部)。在这种场合，通过加工散热体2的端部(角部)，可微妙地修正对位。
上述实施形态4、5是门一体式平形半导体元件6和其下侧的散热体2间的对位装置，而上述实施形态1、2或3所示的方法也适用于与上侧散热体2间的对位装置
如上所述，本发明技术方案1的平形半导体堆叠装置是在平形半导体元件和散热体相互间的接合面设有对位装置，将它们交替重叠并在重叠方向加压后构成，所述对位装置是使所述平形半导体元件相对于所述散热体而沿与所述重叠方向垂直的方向滑动，并使该滑动动作在定位部停止后进行对位，故容易准确对位，容易交换平形半导体元件。
本发明技术方案2所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，对位装置具有：凸出设置在平形半导体元件和散热体中任一方构件的接合面上的销子；设在另一方构件的接合面上供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述另一方构件的接合面、从其端面至该凹部而与该凹部连续成一体的导向槽，因此通过将销子插入导向槽后使之移动，并在定位凹部停止，即可容易、准确地对位。还可减少在平形半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止平形半导体元件及散热体的损伤。并且便于平形半导体元件的交换。
本发明技术方案3所述的平形半导体元件装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：在所述平形半导体元件的底板面上向接合方向凸出设置的销子；设在散热体的接合面上供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述散热体的接合面上、从其端面至该凹部而与该凹部连续成一体的导向槽，因此通过将销子插入导向槽后使之移动，并在定位凹部停止，即可容易、准确地对位。还可减少在门一体式平形半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止平形半导体元件及散热体的损伤。并且便于门一体式平形半导体元件的交换。
本发明技术方案4所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：凸出设置在散热体的接合面上的销子；设在所述平形半导体元件的底板上供所述销子嵌合的定位孔；从所述底板的端面至该定位孔而与该定位孔连续成一体的导向槽，因此通过将销子插入导向槽后使之移动，并在定位孔停止，即可容易、准确地对位。还可减少在门一体式平形半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止平形半导体元件及散热体的损伤。并且便于门一体式平形半导体元件的交换。
本发明技术方案5所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案2中，平形半导体元件和散热体间的接合面上的各对位装置分别设有多个销子、定位孔(凹部)及导向槽，所以可以防止旋转方向的错位，进一步提高对位的准确、可靠性。
本发明技术方案6所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，在所述平形半导体元件的底板背面一侧的所述散热体的接合面上，设有从其端面起嵌入所述底板用的沟槽，并将该沟槽的侧壁作为对位装置的定位部，所以通过使底板滑动嵌入沟槽即可容易、准确地对位。还可减少在门一体式形平半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止门一体式平形半导体元件及散热体的损伤。再有，门一体式平形半导体元件的交换也容易进行。
本发明技术方案7所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有将所述散热体的端部定位的定位板，所以通过使底板滑动，在定位板固定散热体的端部，即可容易，准确地对位。还可减少在门一体式平形半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止门一体式平形半导体元件及散热体间的损伤。再有，门一体式平形半导体元件的交换也容易进行。
本发明技术方案8所述的平形半导体堆叠装置是在技术方案1中，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有多个销子，作为将所述散热体的端部定位的定位部，所以通过使底板滑动并用上述多个销子来固定散热体的端部，即可容易、准确地对位。还可减少在门一体式平形半导体元件和散热体之间留出空间距离所需的余量，防止门一体式平形半导体元件及散热体的损伤。再有，门一体式平形半导体元件的交换也容易进行。

Claims (8)

1.一种半导体堆叠装置，在平形半导体元件和散热体相互间的接合面上设有对位装置，将它们交替重叠并在重叠方向加压后构成，其特征在于，所述对位装置是使所述平形半导体元件相对于所述散热体而沿与所述重叠方向垂直的方向滑动，并使该滑动动作在定位部停止以进行对位。
2.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，对位装置具有：凸出设置在平形半导体元件和散热体中任一方构件的接合面上的销子；设在另一方构件的接合面上、供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述另一方构件的接合面上、从其端面至该凹部为止而与该凹部连续成一体的导向槽。
3.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：在所述平形半导体元件的底板面上向接合方向凸出设置的销子；设在散热体的接合面上、供所述销子嵌合的定位凹部；设在所述散热体的接合面上、从其端面至该凹部为止而与该凹部连续成一体的导向槽。
4.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置设有：凸出设置在散热体的接合面上的销子；设在所述平形半导体元件的底板上、供所述销子嵌合的定位孔；从所述底板的端面至该定位孔为止而与该定位孔连续成一体的导向槽。
5.根据权利要求2所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件和散热体间的接合面上的各对位装置分别设有多个销子、定位孔(凹部)及导向槽。
6.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，在所述平形半导体元件的底板背面一侧的所述散热体的接合面上，设有从其端面起嵌入所述底板用的沟槽，将该沟槽的侧壁作为对位装置的定位部。
7.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有将所述散热体的端部定位的定位板。
8.根据权利要求1所述的平形半导体堆叠装置，其特征在于，平形半导体元件是将门电路和半导体元件一起装在底板上的门一体式结构，对位装置在所述平形半导体元件的底板背面具有多个销子，作为将所述散热体的端部定位的定位部。
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