WO2003052820A2 - Spannvorrichtung - Google Patents

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WO2003052820A2
WO2003052820A2 PCT/DE2002/004506 DE0204506W WO03052820A2 WO 2003052820 A2 WO2003052820 A2 WO 2003052820A2 DE 0204506 W DE0204506 W DE 0204506W WO 03052820 A2 WO03052820 A2 WO 03052820A2
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pressure plate
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Jens Meyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2924/01082—Lead [Pb]

Definitions

  • the invention relates to a clamping device for clamping semiconductor components with a base plate, an axially opposite and axially movable pressure plate, tie rods which are connected to the base plate and are set up to support the pressure plate, a clamping unit for generating a pressing force and one on the clamping unit supported spring element, wherein a force transmission means is provided which transmits the pressing force to the pressure plate.
  • Layered semiconductor components and, in particular, stacked disk cell semiconductors have only point-like contact points in the untensioned state between the disk-shaped semiconductor segments and thus an increased internal resistance. Particularly at high currents, the semiconductor layers may become so hot that the semiconductor component is destroyed and becomes unusable.
  • the tensioning device described at the outset is already known from EP 0 692 822 A1.
  • the clamping device disclosed here has a base plate and a clamping unit, which are connected to one another by three threaded bolts in a triangular arrangement.
  • the rod-shaped threaded bolts are threaded on both sides and engage with one end in the threaded holes in the base plate. With its other end, the threaded bolts pass through through openings of the clamping unit, nuts being provided by screwing the clamping unit in the direction of the
  • Base plate is slidable.
  • a moving part which is mounted in the longitudinal direction of the threaded bolt, that is to say is axially freely displaceable, and which is supported by a guided ball on a pressure plate which lies on the semiconductor component to be clamped.
  • the moving part has a cylindrical rod section which passes through a concentrically held disc spring and a suitably designed through-hole of the clamping unit.
  • the moving part At its end facing away from the through-bore, the moving part has a flange section which is extended circumferentially relative to the rod section.
  • the plate spring is supported on the one hand on the flange section of the moving part and on the other hand on the clamping unit.
  • a force applied via the nuts of the stud bolts moves the clamping unit in the direction of the base plate and compresses the disc spring. This is now pretensioned so that a spring force is introduced from the moving part via the ball and the pressure plate into the semiconductor component.
  • the ball serves as a force transmission means, with which an uneven screwing of the nuts or an inclined position of the clamping unit is compensated, and thus the occurrence of lateral compressive forces in the semiconductor component is avoided.
  • Clamping devices are disclosed on the Internet at http://www.pada.it/cap clamp / ltipi .htm, which have a base plate and a clamping unit, which are connected to one another via two tie bolts or tie rods.
  • the base plate and clamping unit can be moved towards each other by means of suitable screw fittings.
  • a pressure plate is further provided between them, which rests directly on the semiconductor component during the clamping.
  • Spring screws are provided between the pressure plate and the clamping unit.
  • the clamping unit is moved in the direction of the base plate by correspondingly screwing the screw connections until the pressure plate touches the semiconductor component.
  • an axial spring provided in the coil springs is compressed until the coil spring indicates that a predetermined clamping pressure has been reached.
  • the axial spring or the spring element of such clamping devices therefore serves on the one hand to display the clamping pressure on the semiconductor component.
  • material irregularities and temperature influences can be compensated, which would otherwise cause high fluctuations in the clamping pressures as a result of temperature-dependent material expansion.
  • the mechanical clamping devices described above have the disadvantage that mechanical and generally spherical force transmission means are provided to avoid lateral clamping pressure forces. Since mechanical power transmission means act on the pressure plate at a certain point or at least limited to a small area, there are bends and across the cross section of the semiconductor device to unevenly distributed
  • the invention achieves the object in that the force transmission means is a fluid which is arranged in a pressure-resistant pressure chamber which is partially delimited by the pressure plate.
  • the invention is based on the idea that the pressure prevailing in a gaseous or liquid fluid and thus the pressure force transmitted by it is spatially equally distributed. The entire area of the pressure plate with which it delimits the pressure chamber is therefore acted upon uniformly by the pressure force generated by the clamping unit. In addition to lateral pressure forces which are harmful to semiconductor components, selective force transmissions and clamping forces distributed differently over the semiconductor cross section are thus also avoided according to the invention.
  • the spring element is used to initiate a defined pressure force and to compensate for temperature changes.
  • pneumatic pressure chambers also act as compression springs and thus as a spring element
  • the pressure chamber can be filled, for example, exclusively with a gaseous fluid such as air, it simultaneously acting both as a force transmission means and as a spring element.
  • a gaseous fluid such as air
  • the pneumatically filled part of the compression spring then serves as a spring element which is supported directly on the liquid without the use of a mechanical transmission means.
  • the pressure chamber can be divided into two sub-chambers which are connected to one another via a hose or pipe connection.
  • only one of these subchambers is delimited by the pressure plate.
  • the other sub-chamber cooperates with the clamping unit, the arrangement and positioning of these components being arbitrary.
  • the tensioning unit can be supported parallel to the tie rods for supporting the pressure plate on additional tie rods, which are shortened axially.
  • an internal pressure would then be generated in both subchambers, which presses the axially movable pressure plate against the semiconductor component arranged between the pressure plate and the base plate.
  • the pressure chamber is advantageously filled exclusively with a liquid as a fluid.
  • a bellows made of metal is provided for holding the pressure plate and thus for laterally delimiting the pressure chamber and is welded hermetically tight at both ends.
  • the pressure plate is connected to the tensioning unit at its end facing away from the base plate.
  • the pressure plate is therefore supported on the tie rods via the tensioning unit, offset means necessary for generating the pressing force being provided for displacing the tensioning unit in the direction of the base plate.
  • tie rods are provided which are designed as stud bolts provided with threads at the ends.
  • the stud bolts engage the threaded holes in the base plate at one end. With their free end they pass through through holes provided in the clamping unit, so that the clamping unit can be displaced in the direction of the base plate by screwing nuts provided at this end. By simultaneously turning or screwing the nuts, the pressing force required to clamp the semiconductor component is thus provided.
  • the spring element is supported on the tensioning unit and on an axially movable moving part, the moving part delimiting the pressure chamber.
  • the moving part immersed in the pressure chamber therefore acts like a working piston of a hydraulic press.
  • any relationships between the force introduced by the moving part and the force acting on the semiconductor components by means of a pressure plate can therefore be set.
  • the surface of the moving part immersed in the pressure chamber must be dimensioned appropriately in relation to the surface of the pressure plate that delimits the hydraulic chamber.
  • the tensioning unit for receiving and guiding the moving part has a Lindwitz recess in which sealing means are provided for sealing the axially movable moving part against the pressure chamber.
  • the moving part is piston-shaped or stem-shaped and has a cylindrical rod section and a flange-like piston section that extends around the circumference.
  • the piston section can be sealed, for example, by means of a sealing O-ring in the cylindrical recess of the clamping unit, the axial mobility of the moving part being retained.
  • the moving part is sealed off from the pressure chamber via an optionally additional piston bellows, the piston bellows also preferably being made of metal.
  • the piston bellows is hermetically sealed on the one hand to the moving part and on the other hand to the clamping unit.
  • the tensioning device according to the invention is practically maintenance-free.
  • the spring element advantageously consists of a plurality of plate springs arranged in series, which are arranged, for example, coaxially with a piston section of the moving part, the moving part with the rod section extending freely through the plate springs.
  • the pressure plate is connected on its side facing away from the hydraulic chamber to an alignment plate which extends around the clamping unit and which is bent at an angle
  • Has edge areas with the help of an oblique position of a plane determined by the screw position of the tie rods relative to the pressure plate can be determined. In this way, one-sided or uneven tensioning of a semiconductor component can be avoided.
  • the moving part expediently has a tensioning path display with which a user is able to recognize the set spring tensioning force and thus indirectly the set pressure force.
  • FIG. 1 shows a side view of an exemplary embodiment of the tensioning device according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of a clamping unit as a component of the clamping device according to Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a sectional view of the tensioning unit according to FIG. 2.
  • Figure 1 shows an embodiment of the tensioning device 1 according to the invention, which is only partially shown Base plate 2 and one axially opposite this
  • the base plate 2 can, for example, be designed as a cooling plate and have cooling fins.
  • the cylindrical and rod-shaped tie rods 4 are each provided with a thread at both ends and engage with their lower end in threaded holes in the base plate 2, not shown in the figure. With their upper ends facing away from the base plate 2, the tie rods 4 project completely through through holes in the clamping unit 3, so that the clamping unit 3 can be displaced in the direction of the base plate 2 by screwing on screw nuts 5.
  • the clamping unit 3 is dome-shaped and comprises a closure cover 6, which has a through opening, through which a moving part designed as a stamp 7 projects.
  • the tensioning unit On its side facing away from the closure cover 6, the tensioning unit is connected via a metal bellows 8, which is only partially recognizable in FIG. 1, to a pressure plate 9 which is planar on both sides and which is aligned essentially parallel to the base plate 2.
  • the pressure plate 9 is connected on its side facing away from the bellows 8 to an alignment plate 10 which extends essentially parallel to the pressure plate 9 and circumferentially beyond the tensioning unit 3.
  • the alignment plate 10 has sufficiently large lead-through openings which allow the alignment plate 10 to be pushed through freely.
  • the alignment plate 10 has end regions 11 bent upward at right angles, which are approximately at the height of the Screw nuts end.
  • the orientation of the clamping unit 3 depends on the axial position of the screw nuts 5, that is to say on their distance from the base plate 2, in such a way that, for example, turning the left screw nut 5 displaces the clamping unit 3 on its left side in the direction of the base plate 2. Due to the flexible connection of the pressure plate 9 and thus the alignment plate 10 by the bellows 8, the alignment plate 10 remains aligned parallel to the pressure plate 9 despite this displacement of the clamping unit 3, so that the left end region 11 of the alignment plate 10 in this case the left screw nut 5 in the axial direction Direction dominates. By simply comparing the position of the left, the right and the third curved end region 11, which is not visible in this view, an inclined position between the clamping unit 3 and the pressure plate 9 can thus be determined.
  • a semiconductor component 12 can be seen, which consists of piles stacked on top of one another
  • FIG. 2 shows a perspective illustration of the tensioning unit 3, in which the third, not recognizable in FIG.
  • FIG. 3 shows the clamping unit 3 according to FIG. 2 in a cross-sectional view. It can be seen in this illustration that the clamping unit 3 has a recess 13, which is provided for receiving the stamp 7 and is cylindrical.
  • the stamp 7 has an axially extending and round-cylindrical rod section 14, which extends with its free end through a through opening provided in the closure cover 6.
  • a flange section 15 with a circular outer contour is provided, on the edge region of which a piston bellows 16 is welded hermetically tight.
  • the piston bellows 16 is hermetically sealed to the tensioning unit 3 via a connecting piece 17.
  • a spring element composed of disc springs 18 can be seen, which is supported on the one hand on the flange section 15 of the plunger 7 and on the other hand on the closure cover 6 of the tensioning unit 3.
  • the bellows 8 is hermetically sealed at the edge area of the pressure plate 9 and with its other end directly on the clamping unit 3.
  • the pressure plate 9, the bellows 8, the flange area 15 and the piston bellows 16 thus define a hydraulic chamber 19 as a pressure chamber which is completely filled with a hydraulic fluid.
  • a stop wall 20 is provided in the hydraulic chamber 19, which, however, does not otherwise influence the force transmission in any other way.
  • a center groove 21 can be seen in the pressure plate 9 and in the alignment plate 10, which groove is used to snap in alignment pins usually provided on semiconductor components. gene and thus is provided for aligning the semiconductor device before pressing.
  • the clamping unit 3 is displaced in the direction of the base plate 2 by turning the screw nuts 5 until the pressure plate 9 touches the semiconductor component 12.
  • the distance between the pressure plate 9 and the clamping unit 3 is reduced.
  • the decrease in the volume of the hydraulic chamber 19 increases the pressure and thus the force acting on the plunger 7, by means of which the plate springs 18 are compressed.
  • the rod section 14 is pushed beyond the outer limit of the closure cover 6, so that the spring travel length and thus the tensioning force generated by the spring 18 can be read off by suitable scaling on the rod section 14.
  • the ratio of the area of the plunger 7 to the area of the pressure plate 9, which in each case limit the hydraulic chamber 19, must be taken into account.

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Abstract

Um bei einer Spannvorrichtung (1) zum Verspannen von Halbleiterbauelementen (12) mit einer Grundplatte (2), einer dieser axial gegenüberliegenden und axial beweglichen Druckplatte (9), Zugankern, die mit der Grundplatte (2) verbunden und zum Abstützen der Druckplatte (9) eingerichtet sind, einer Spanneinheit (3) zur Erzeugung einer Andruckkraft und einem an der Spanneinheit (3) abgestützten Federelement (18), wobei ein Kraftübertragungsmittel vorgesehen ist, das die Andruckkraft auf die Druckplatte (9) überträgt, die Andruckkraft möglichst flächig und gleichmäßig über die Andruckfläche verteilt in das Halbleiterbauelement einzuleiten, wird vorgeschlagen, dass das Kraftübertragungsmittel ein Fluid ist, das in einer von der Druckplatte teilweise begrenzten druckfesten Druckkammer (19) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Spannvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Verspannen von Halbleiterbauelementen mit einer Grundplatte, einer dieser axial gegenüberliegenden und axial beweglichen Druckplatte, Zugankern, die mit der Grundplatte verbunden und zum Abstützen der Druckplatte eingerichtet sind, einer Spannein- heit zur Erzeugung einer Andruckkraft und einem an der Spanneinheit abgestützten Federelement, wobei ein Kraftübertragungsmittel vorgesehen ist, das die Andruckkraft auf die Druckplatte überträgt .
Aufgeschichtete Halbleiterbauelemente und insbesondere stapelartig aufgebaute Scheibenzellenhalbleiter weisen im unver- spannten Zustand zwischen den scheibenförmigen Halbleitersegmenten nur punktförmige Kontaktstellen und somit einen erhöhten Innenwiderstand auf . Insbesondere bei hohen Strömen kann es daher zu einer so starken Erwärmung der Halbleiterschichten kommen, dass das Halbleiterbauelement zerstört und unbrauchbar wird.
Zur Ausbildung eines vollflächigen Kontaktes zwischen den Halbleiterscheiben ist es daher üblich, Halbleiterbauelemente mittels zweckmäßiger Spannvorrichtung zu verspannen. In der Praxis werden Halbleiterbauelemente daher zusammen mit ihrer Spannvorrichtung eingesetzt. Spannvorrichtungen sollten daher möglichst kostengünstig, andererseits aber auch in der Lage sein, einen ausreichend hohen und gleichmäßig konstanten Spanndruck bereitzustellen. Aus der EP 0 692 822 AI ist die eingangs beschriebene Spannvorrichtung bereits bekannt. Die hier offenbarte Spannvorrichtung weist eine Grundplatte sowie eine Spanneinheit auf, die über drei Gewindebolzen in einer Dreiecksanordnung mit- einander verbunden sind. Die stabformigen Gewindebolzen sind beidseitig mit Gewinde versehen und greifen mit einem Ende in dazu eingerichtete Gewindebohrungen der Grundplatte ein. Mit ihrem anderen Ende durchgreifen die Gewindebolzen Durchgangsöffnungen der Spanneinheit, wobei Muttern vorgesehen sind, durch deren Verschrauben die Spanneinheit in Richtung der
Grundplatte verschiebbar ist. In der Spanneinheit ist ein in Längsrichtung der Gewindebolzen, also axial frei verschiebbar gelagertes Bewegteil vorgesehen, das über eine geführte Kugel an einer Druckplatte abgestützt ist, die auf dem zu verspan- nenden Halbleiterbauelement aufliegt. Das Bewegteil weist einen zylinderförmigen Stangenabschnitt auf, der eine konzentrisch gehaltene Tellerfeder sowie eine zweckmäßig eingerichtete Durchgangsbohrung der Spanneinheit durchgreift. An seinem von der Durchgangsbohrung abgewandten Ende weist das Be- wegteil einen Flanschabschnitt auf, der umfänglich gegenüber dem Stangenabschnitt erweitert ist. Die Tellerfeder ist einerseits an dem Flanschabschnitt des Bewegteils sowie andererseits an der Spanneinheit abgestützt. Durch eine über die Muttern der Stehbolzen eingeleitete Kraft wird die Spannein- heit in Richtung der Grundplatte bewegt und die Tellerfeder zusammengedrückt. Diese ist nun vorgespannt, so dass eine Federkraft von dem Bewegteil über die Kugel und die Druckplatte in das Halbleiterbauelement eingeleitet wird. Dabei dient die Kugel als Kraftübertragungsmittel, mit dem ein ungleichmäßi- ges Verschrauben der Muttern bzw. eine Schräglage der Spanneinheit ausgeglichen und somit das Auftreten seitlicher Druckkräfte im Halbleiterbauelement vermieden wird. Im Internet sind auf der Seite http://www.pada.it/cap clamp/ltipi .htm Spannvorrichtungen offenbart, die eine Grundplatte sowie eine Spanneinheit aufweisen, welche über zwei Zugbolzen oder Zuganker miteinander verbunden sind. Grundplatte und Spanneinheit können durch passend eingerichtete Verschraubungen aufeinander zubewegt werden. Zwischen ihnen ist weiterhin eine Druckplatte vorgesehen, die beim Verspannen direkt auf dem Halbleiterbauelement aufliegt. Zwischen der Druckplatte und der Spanneinheit sind Federschrauben vorgesehen. Zum Verspannen des Halbleiterbauelementes wird die Spanneinheit durch entsprechendes Schrauben der Verschraubungen in Richtung Grundplatte bewegt, bis die Druckplatte auf dem Halbleiterbauelement aufsetzt. Bei einer weiteren Verschiebung der Spanneinheit wird eine in den Schraubenfedern vorgesehene Axialfeder soweit zusammengedrückt, bis die Schraubenfeder das Erreichen eines zuvor festgelegten Spanndruckes anzeigt.
Die Axialfeder oder das Federelement solcher Spannvorrichtun- gen dient daher zum einen der Anzeige des auf dem Halbleiterbauelement lastenden Spanndruckes. Zum anderen können Materialunebenheiten und Temperatureinflüsse ausgeglichen werden, die ansonsten in Folge temperaturabhängiger Materialausdehnung hohe Schwankungen der Spanndrücke verursachen würden.
Den zuvor beschriebenen mechanischen Spannvorrichtungen haftet der Nachteil an, dass zur Vermeidung seitlicher Spanndruckkräfte mechanische und in der Regel kugelförmig ausgestaltete Kraftübertragungsmittel vorgesehen sind. Da mechani- sehe Kraftübertragungsmittel an einem bestimmten Punkt oder zumindest auf eine kleine Fläche begrenzt an der Druckplatte angreifen, kommt es zu Verbiegungen und über den Querschnitt des Halbleiterbauelementes hinweg zu ungleichmäßig verteilten
Spanndrücken.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Andruckkraft mög- liehst flächig und gleichmäßig verteilt auf die Druckplatte zu übertragen.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass das Kraftübertragungsmittel ein Fluid ist, das in einer von der Druck- platte teilweise begrenzten druckfesten Druckkammer angeordnet ist.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass der in einem gasförmigen oder flüssigen Fluid herrschende Druck und damit die von diesem übertragene Andruckkraft räumlich gleich verteilt ist. Die gesamte Fläche der Druckplatte, mit der diese die Druckkammer begrenzt, wird daher von der von der Spanneinheit erzeugten Andruckkraft gleichmäßig beaufschlagt . Neben für Halbleiterbauelemente schädlichen seitlichen Druckkräften werden erfindungsgemäß somit auch punktuelle Kraftübertragungen und unterschiedlich auf den Halbleiterquerschnitt verteilte Spannkräfte vermieden. Dabei dient das Federelement zum Einleiten einer definierten Andruckkraft und zum Ausgleich von Temperaturveränderungen.
Im Rahmen der Erfindung ist der Einsatz sowohl gasförmiger als auch flüssiger Fluide in der Druckkammer möglich, die das Fluid jedoch dichtend kapselt, so dass der zur Kraftübertragung auf die Druckplatte notwendige Innendruck entsteht .
Da pneumatische Druckkammern auch als Druckfedern und somit als Federelement wirken, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich die Funktion des Federelementes sowie des Kraftüber- tragungs ittels in einem Bauteil zu vereinen. So kann die
Druckkammer erfindungsgemäß beispielsweise ausschließlich mit einem gasförmigen Fluid wie Luft gefüllt sein, wobei sie gleichzeitig sowohl als Kraftübertragungsmittel als auch als Federelement wirkt .
Ferner ist es möglich, die Druckkammer mit einem gasförmigen und einem flüssigen Fluid zu befüllen. Bei dieser zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dient dann der pneumatische befüllte Teil der Druckfeder als Federelement, das sich ohne Einschaltung eines mechanischen Übertragungsmittels direkt auf der Flüssigkeit abstützt. Bei der konstruktiven Auslegung einer solchen erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist jedoch neben der Temperaturabhängigkeit des Gasdruckes in der Druck- kammer die druckabhängige Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit zu berücksichtigen.
Zur Verringerung des beanspruchten Bauraumes ist es erfindungsgemäß ferner möglich die Spanneinheit nicht in axialer Verlängerung der Druckplatte zur Grundplatte anzuordnen.
Vielmehr kann die Druckkammer in zwei Teilkammern aufgeteilt sein, die über eine Schlauch- oder Rohrverbindung miteinander verbunden sind. Bei dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist nur eine dieser Teilkammern von der Druckplatte begrenzt. Die andere Teilkammer wirkt mit der Spanneinheit zusammen, wobei die Anordnung und Positionierung dieser Bauteile beliebig ist. So kann die Spanneinheit beispielsweise parallel zu den Zugankern zum Abstützen der Druckplatte an zusätzlichen Zugankern abgestützt sein, die axial verkürzt sind. Durch An- pressen der Spanneinheit gegen die Grundplatte würde dann in beiden Teilkammern ein Innendruck erzeugt, der die axial bewegliche Druckplatte gegen das zwischen der Druckplatte und der Grundplatte angeordnete Halbleiterbauelement presst. Vorteilhafterweise ist die Druckkammer ausschließlich mit einer Flüssigkeit als Fluid gefüllt. Da Flüssigkeiten sind im Gegensatz zu gasförmigen Fluiden im Wesentlichen inkompressi- bei sind, kommt es bei dieser erfindungsgemäßen Weiterentwicklung zu einer direkteren Kraftübertragung. Flüssigkeiten weisen ferner zu vernachlässigende Federeigenschaften auf . Die Federcharakteristik der Spannvorrichtung daher bei dieser erfindungsgemäßen Weiterentwicklung ausschließlich durch das Federelement bestimmt, so dass die Auslegung und zweckorientierte Konstruktion der Spannvorrichtung erleichtert ist. Schließlich ist es auch möglich durch einfachen Austausch des Federelementes, die Spannvorrichtung an unterschiedliche Einsatzbedingungen anzupassen.
Bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung ist zur Halterung der Druckplatte und somit zur seitlichen Begrenzung der Druckkammer ein Faltenbalg aus Metall vorgesehen, der an seinen beiden Enden hermetisch dicht verschweißt ist. Durch diese flexible und bewegliche Anbindung der Druckplatte beispielsweise an die Spanneinheit oder an eine fest mit den Zugankern verbundene ortsfeste Wandung, die eine Teilkammer der Druckkammer begrenzt, kann sich diese leichter an die jeweilige Stellung eines zu verspannenden Halbleiterbauelemen- tes anpassen.
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung ist die Druckplatte an ihrem von der Grundplatte abgewandten Ende mit der Spanneinheit verbunden. Bei dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Druckplatte daher über die Spanneinheit an den Zugankern abgestützt, wobei zur Erzeugung der Andruckkraft notwendige Versatzmittel zum Verschieben der Spanneinheit in Richtung der Grundplatte vorgesehen sind. Zwar erhöht sich auf Grund der Anordnung der Spanneinheit und der Versatzmittel in axialer Verlängerung zur Druckplatte der erforderliche Bauraum der Spannvorrichtung. Zusätzliche Bauteile wie beispielsweise zusätzliche axial verkürzte Zuganker oder orts- feste Wandungen werden jedoch vermieden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Zuganker vorgesehen, die als endseitig mit Gewinde versehene Stehbolzen ausgebildet sind. Mit einem Ende greifen die Stehbolzen in Gewindebohrungen der Grundplatte ein. Mit ihrem freien Ende durchgreifen sie in der Spanneinheit vorgesehene Durchgangs- bohrungen, so dass durch Verschrauben von an diesem Ende vorgesehenen Muttern die Spanneinheit in Richtung der Grundplatte verschiebbar ist. Durch gleichzeitiges Verdrehen oder Verschrauben der Muttern wird somit die für die zum Verspannen des Halbleiterbauelementes erforderliche Andruckkraft bereitgestellt .
Bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung ist das Federelement an der Spanneinheit sowie an einem axial beweglichen Bewegteil abgestützt, wobei das Bewegteil die Druckkammer begrenzt. Das in die Druckkammer eintauchende Bewegteil wirkt daher wie ein Arbeitskolben einer hydraulischen Presse. Erfindungsgemäß können daher beliebige Verhältnisse zwischen der von dem Bewegteil eingeleiteten Kraft und der mittels Druckplatte auf die Halbleiterbauelemente wirkenden Kraft eingestellt werden. Dazu ist die in die Druckkammer eintauchende Fläche des Bewegteils im Verhältnis zur die Hydraulikkammer begrenzenden Fläche der Druckplatte passend zu dimensionieren.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Weiterentwicklung weist die Spanneinheit zur Aufnahme und Führung des Bewegteils eine zy- lindrische Ausnehmung auf, in der Dichtungsmittel zum Abdichten des axial beweglichen Bewegteils gegenüber der Druckkammer vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise ist das Bewegteil kolben- oder stempeiförmig ausgebildet und weist einen zylinderförmigen Stangenabschnitt sowie einen diesen umfänglich erweiternden flanschartigen Kolbenabschnitt auf.
Der Kolbenabschnitt kann beispielsweise über einen dichtenden O-Ring in der zylinderförmigen Ausnehmung der Spanneinheit abgedichtet sein, wobei die axiale Beweglichkeit des Bewegteils erhalten bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Bewegteil über einen gegebenenfalls zusätzlichen Kolbenfaltenbalg gegenüber der Druckkammer abgedichtet, wobei auch der Kolbenfaltenbalg vorzugsweise aus Metall gefertigt ist. Der Kolbenfaltenbalg ist einerseits mit dem Bewegteil sowie ande- rerseits mit der Spanneinheit hermetisch dicht verschweißt.
Auf Grund dieser ausgesprochen guten und lang andauernden Abdichtung der Druckkammer ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung praktisch wartungsfrei .
Vorteilhafterweise besteht das Federelement aus mehreren in Reihe angeordneten Tellerfedern, die beispielsweise koaxial zu einem Kolbenabschnitt des Bewegteils angeordnet sind, wobei sich das Bewegteil mit dem Stangenabschnitt frei durch die Tellerfedern hindurch erstreckt.
Abweichend hierzu ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich andere Druckfedern wie Gasfedern, Elastomerfedern, Metall- schraubenfedern oder dergleichen einzusetzen. Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckplatte an ihrer von der Hydraulikkammer abgewandten Seite mit einem die Spanneinheit umfänglich überra- genden Ausrichtungsblech verbunden, das winklig gebogene
Randbereiche aufweist, mit deren Hilfe eine Schräglage einer durch die Schraubenstellung der Zuganker festgelegten Ebene gegenüber der Druckplatte feststellbar ist. Auf diese Weise kann ein zu einseitiges oder ungleichmäßiges Verspannen eines Halbleiterbauelementes vermieden werden.
Zweckmäßigerweise weist das Bewegteil eine Spannweganzeige auf, mit der ein Anwender in der Lage ist, die eingestellte Federspannkraft und somit mittelbar die eingestellte Andruck- kraft zu erkennen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Spanneinheit als Bauteil der Spannvorrichtung gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine geschnittene Ansicht der Spanneinheit gemäß Figur 2.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1, die eine nur teilweise dargestellte Grundplatte 2 sowie eine dieser axial gegenüberliegende
Spanneinheit 3 aufweist, die über Zuganker 4 miteinander verbunden sind. Die Grundplatte 2 kann beispielsweise als Kühl- platte ausgestaltet sein und Kühlrippen aufweisen. Die zy- lindrisch und stabförmig ausgebildeten Zuganker 4 sind jeweils an beiden Enden mit einem Gewinde versehen und greifen mit ihrem unteren Ende in figürlich nicht dargestellte Gewindebohrungen der Grundplatte 2 ein. Mit ihren von der Grundplatte 2 abgewandten oberen Enden ragen die Zuganker 4 durch Durchgangsbohrungen der Spanneinheit 3 vollständig hindurch, so dass durch Aufschrauben von Schraubmuttern 5 die Spanneinheit 3 in Richtung der Grundplatte 2 verschiebbar ist.
Die Spanneinheit 3 ist domförmig ausgebildet und umfasst ei- nen Verschlussdeckel 6, der eine Durchgangsöffnung aufweist, durch ein das als Stempel 7 ausgebildetes Bewegteil hindurchragt .
An ihrer vom Verschlussdeckel 6 abgewandten Seite ist die Spanneinheit über einen in Figur 1 nur teilweise erkennbaren Faltenbalg 8 aus Metall mit einer beidseitig planen Druckplatte 9 verbunden, die im Wesentlichen parallel zur Grundplatte 2 ausgerichtet ist. Die Druckplatte 9 ist an ihrer vom Faltenbalg 8 abgewandten Seite mit einem Ausrichtungsblech 10 verbunden, das sich im Wesentlichen parallel zur Druckplatte 9 und umfänglich über die Spanneinheit 3 hinaus erstreckt. Zum Durchführen der Zuganker 4 weist das Ausrichtungsblech 10 ausreichend große Durchführungsöffnungen auf, die ein freies Durchsetzen des Ausrichtungsbleches 10 ermδg- liehen.
Das Ausrichtungsblech 10 weist rechtwinklig nach oben gebogene Endbereiche 11 auf, die in etwa auf der Höhe der Schraubmuttern enden. Die Ausrichtung der Spanneinheit 3 ist von der axialen Stellung der Schraubmuttern 5, also von deren Abstand zur Grundplatte 2, in der Weise abhängig, dass beispielsweise ein Verdrehen der linken Schraubmutter 5 die Spanneinheit 3 an ihrer linken Seite in Richtung der Grundplatte 2 versetzt. Aufgrund der flexiblen Anbindung der Druckplatte 9 und somit des Ausrichtungsbleches 10 durch den Faltenbalg 8 bleibt das Ausrichtungsblech 10 trotz dieser Verschiebung der Spanneinheit 3 parallel zur Druckplatte 9 ausgerichtet, so dass der linke Endbereich 11 des Ausrichtungsbleches 10 in diesem Fall die linke Schraubmutter 5 in axialer Richtung überragt. Durch einfachen Vergleich der Lage des linken, des rechten und des in dieser Ansicht nicht sichtbaren dritten gebogenen Endbereichs 11 kann somit eine Schräglage zwischen der Spanneinheit 3 und der Druckplatte 9 festgestellt werden.
Zwischen der Druckplatte 9 bzw. zwischen dem Ausrichtungs- blech 10 und der Grundplatte 2 ist ein Halbleiterbauele- ment 12 erkennbar, das aus stapelweise aufeinander getürmten
Scheibenzellenhalbleitern, Kühlelementen, Isolatoren und dergleichen besteht. Um die einzelnen Komponenten gegeneinander zu verpressen und somit deren Kontaktflächen zu vergrößern, werden die Schraubmuttern 5 so verschraubt, dass die Spann- einheit 3 auf die Grundplatte 2 zu bewegt wird, so dass über die Druckplatte 9 eine Andruckkraft in das Halbleiterbauelement 12 eingeleitet wird.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Spannein- heit 3, in der auch der dritte, in Figur 1 nicht erkennbare,
Zuganker 4 verdeutlicht ist. Figur 3 zeigt die Spanneinheit 3 gemäß Figur 2 in einer Querschnittsansicht. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Spanneinheit 3 eine zur Aufnahme des Stempels 7 vorgesehene Ausnehmung 13 aufweist, die zylinderförmig ausgebildet ist. Der Stempel 7 verfügt über einen sich axial erstreckenden und rundzylindrisch ausgebildeten Stangenabschnitt 14, der sich mit seinem freien Ende durch eine dazu vorgesehene Durchgangsöffnung des Verschlussdeckels 6 erstreckt. An dem gegenüberliegenden Ende des Stempels 7 ist ein Flanschab- schnitt 15 mit kreisförmiger Außenkontur vorgesehen, an dessen Randbereich ein Kolbenfaltenbalg 16 hermetisch dicht angeschweißt ist. An seinem anderen Ende ist der Kolbenfaltenbalg 16 über ein Anschlussstück 17 hermetisch dicht mit der Spanneinheit 3 verbunden. Im Inneren des Kolbenfaltenbalgs 16 ist ein aus Tellerfedern 18 zusammengesetztes Federelement erkennbar, das einerseits am Flanschabschnitt 15 des Stempels 7, andererseits am Verschlussdeckel 6 der Spanneinheit 3 abgestützt ist.
Der Faltenbalg 8 ist am Randbereich der Druckplatte 9 sowie mit seinem anderen Ende direkt an der Spanneinheit 3 hermetisch dicht verschweißt. Durch die Druckplatte 9, den Faltenbalg 8, den Flanschbereich 15 sowie den Kolbenfaltenbalg 16 ist somit eine Hydraulikkammer 19 als Druckkammer definiert, die vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.
Um die Maximalauslenkung des axial freibeweglichen Stempels 7 in der Spanneinheit 3 zu begrenzen, ist in der Hydraulikkammer 19 eine Anschlagswandung 20 vorgesehen, die die Kraftübertragung ansonsten jedoch in keiner Weise beeinflusst.
In der Druckplatte 9 sowie in dem Ausrichtungsblech 10 ist eine Mittennut 21 erkennbar, die zum Einrasten von üblicherweise an Halbleiterbauelementen vorgesehenen Ausrichtungsste- gen und somit zum Ausrichten des Halbleiterbauelementes vor dem Verpressen vorgesehen ist.
Nachdem das Halbleiterbauelement 12 zwischen Druckplatte 9 und Grundplatte 2 positioniert und ausgerichtet ist, wird durch Verdrehen der Schraubmuttern 5 die Spanneinheit 3 in Richtung Grundplatte 2 so lange verschoben, bis die Druckplatte 9 auf dem Halbleiterbauelement 12 aufsetzt. Bei einer weiteren Verschiebung wird der Abstand zwischen Druckplatte 9 und Spanneinheit 3 verringert. Durch die Abnahme des Volumens der Hydraulikkammer 19 steigt der Druck und somit die auf dem Stempel 7 einwirkende Kraft, durch die die Tellerfedern 18 zusammengedrückt werden. Gleichzeitig wird der Stangenabschnitt 14 über die äußere Begrenzung des Verschlussdeckels 6 hinausgeschoben, so dass durch eine geeignete Skalierung auf dem Stangenabschnitt 14 die Federweglänge und somit die von der Feder 18 erzeugte Spannkraft abgelesen werden kann. Um die auf das Halbleiterbauelement 12 über die Druckplatte 9 einwirkende Kraft zu bestimmen, ist jedoch das Verhältnis der Fläche des Stempels 7 zur Fläche der Druckplatte 9 zu berücksichtigen, die jeweils die Hydraulikkammer 19 begrenzen.
Bezugszeichenliste
1 Spannvorrichtung
2 Grundplatte 3 Spanneinheit
4 Zuganker
5 Schraubmutter
6 Verschlussdeckel
7 Stempel 8 Faltenbalg
9 Druckplatte
10 Ausrichtungsblech
11 Endbereich
12 Halbleiterbauelement 13 Ausnehmung
14 Stangenabschnitt
15 Flanschabschnitt
16 Kolbenfaltenbalg
17 Anschlussstück 18 Tellerfeder
19 Hydraulikkammer
20 Anschlagswandung
21 Mittennut

Claims

Patentansprüche
1. Spannvorrichtung (1) zum Verspannen von Halbleiterbauelementen (12) mit einer Grundplatte (2) , einer dieser axial gegenüberliegenden und axial beweglichen Druckplatte (9) , Zugankern, die mit der Grundplatte (2) verbunden und zum Abstützen der Druckplatte (9) eingerichtet sind, einer Spanneinheit (3) zur Erzeugung einer Andruckkraft und einem an der Spanneinheit (3) abgestützten Federelement (18) , wobei ein Kraftübertragungsmittel vorgesehen ist, das die Andruckkraft auf die Druckplatte (9) überträgt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kraftübertragungsmittel ein Fluid ist, das in einer von der Druckplatte teilweise begrenzten druckfesten Druckkammer (19) angeordnet ist.
2. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Fluid eine Hydraulikflüssigkeit ist.
3. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zur axial beweglichen Halterung der Druckplatte (9) ein metallischer Faltenbalg (8) vorgesehen ist.
4. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Druckplatte (9) an ihrem von der Grundplatte (2) abgewandten Ende mit der Spanneinheit (3) verbunden ist.
5. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zuganker (4) zumindest endseitig mit Gewinde versehene Stehbolzen sind, die Durchgangsöffnungen der Spanneinheit (3) frei durchsetzen und an ihrem von der Grundplatte (2) abgewandten Ende über Schraubmuttern (5) verfü- gen, so dass durch Drehen der Schraubmuttern (5) die Spanneinheit (3) in Richtung der Grundplatte (7) verschiebbar ist.
6. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Federelement (18) an der Spanneinheit (3) sowie an einem bezüglich der Spanneinheit (3) beweglichen Bewegteil (7) abgestützt ist, wobei das Bewegteil (7) die Druckkammer (19) begrenzt.
7. Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Halterung des Bewegteils (7) an der Spanneinheit (3) ein Kolbenfaltenbalg (16) vorgesehen ist.
8. Spannvorrichtung nach einem Ansprüche 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Bewegteil (7) eine Spannweganzeige zum Anzeigen der Federspannkraft aufweist.
9. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Federelement (18) aus in Reihe angeordneten Tellerfedern besteht .
10. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Federelement (18) eine Gasfeder ist.
11. Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Druckplatte (9) an ihrer von der Hydraulikkammer (19) abgewandten Seite mit einem die Spanneinheit (3) umfänglich überragenden Ausrichtungsblech (10) verbunden ist, das winklig gebogene Randbereiche (11) aufweist, mit deren Hilfe eine Schräglage einer durch die Zuganker (4) festgelegten Ebene gegenüber der Druckplatte (9) feststellbar ist.
12. Halbleiterbauelement (12), dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass es mittels einer Spannvorrichtung (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 11 verspannt ist.
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