將自動(dòng)化裝置的半導(dǎo)體裝置耦接至散熱器的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式總體上設(shè)及用于改進(jìn)用于組裝工業(yè)自動(dòng)化裝置的制造過(guò) 程的系統(tǒng)和方法。更具體地，本公開(kāi)內(nèi)容總體上設(shè)及用于在工業(yè)自動(dòng)化裝置的制造過(guò)程期 間將半導(dǎo)體裝置附接至散熱器的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)可采用各種類(lèi)型的電子裝置比如交流電（AC)驅(qū)動(dòng)器、馬達(dá)、機(jī)器 人等，W執(zhí)行各種工業(yè)過(guò)程。通常，該些電子裝置使用半導(dǎo)體裝置來(lái)控制相應(yīng)裝置使用的電 力。因此，工業(yè)自動(dòng)化裝置的制造過(guò)程的一部分包括將半導(dǎo)體裝置禪接至散熱器，使得半導(dǎo) 體裝置能夠在不過(guò)熱的情況下進(jìn)行操作。通常期望的是，半導(dǎo)體裝置通過(guò)特定的力禪接至 散熱器W提供穩(wěn)定的禪接并且有利于半導(dǎo)體裝置與散熱器之間的有效熱傳遞。因此，用于 制造該些電子裝置并且提供相應(yīng)裝置與散熱器之間的禪接的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在一種實(shí)施方式中，一種系統(tǒng)包括；散熱器、半導(dǎo)體裝置、W及布置在散熱器與半 導(dǎo)體裝置之間的熱界面材料（TIM)層。TIM可有利于使由半導(dǎo)體裝置產(chǎn)生的熱經(jīng)由散熱器 耗散。該系統(tǒng)還包括將半導(dǎo)體裝置關(guān)于TIM層禪接至散熱器的緊固件系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括 保持在TIM流動(dòng)之后半導(dǎo)體裝置與散熱器之間的禪接力的緊固件系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)墊 圈。
[0004] 在另一實(shí)施方式中，一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，計(jì)算機(jī) 可執(zhí)行指令使得計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)接收與一個(gè)或更多個(gè)墊圈中的第一類(lèi)型墊圈相關(guān)聯(lián)的第 一組特性，所述一個(gè)或更多個(gè)墊圈保持在布置在半導(dǎo)體裝置與散熱器之間的熱界面材料 (TIM)流動(dòng)之后散熱器與半導(dǎo)體裝置之間的禪接力。然后，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可基于第一組特 性和散熱器與半導(dǎo)體裝置之間的預(yù)期軸向力確定在緊固件被施加扭矩值的扭矩之后所述 一個(gè)或更多個(gè)墊圈的預(yù)期偏轉(zhuǎn)度。然后，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可確定在散熱器與半導(dǎo)體裝置之 間的TIM流動(dòng)之后散熱器與半導(dǎo)體裝置之間的預(yù)期殘余力，使得預(yù)期殘余力基于所述預(yù)期 偏轉(zhuǎn)度和在TIM流動(dòng)之后的TIM的預(yù)期厚度變化而被確定。然后，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可W確 定；當(dāng)預(yù)期的殘余力大于一定的值時(shí)，第一類(lèi)型墊圈將充分地保持在TIM流動(dòng)之后散熱器 與半導(dǎo)體裝置之間的最小力。
[0005] 在又一實(shí)施方式中，一種工業(yè)自動(dòng)化裝置可包括散熱器半導(dǎo)體組件。散熱器半導(dǎo) 體組件可W包括布置在半導(dǎo)體裝置與散熱器之間的熱界面材料（TIM)。半導(dǎo)體裝置可用于 將交流（AC)電壓轉(zhuǎn)換成直流值C)電壓，或者將DC電壓轉(zhuǎn)換成可控AC電壓。散熱器半導(dǎo) 體組件還可W包括將半導(dǎo)體裝置禪接至散熱器的緊固件和可W被緊固件插入的一個(gè)或更 多個(gè)墊圈。其中，墊圈可W保持在TIM流動(dòng)之后半導(dǎo)體裝置與散熱器之間的力。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 當(dāng)參照附圖閱讀W下詳細(xì)的描述時(shí)，本公開(kāi)內(nèi)容的該些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn) 將變得更好理解，其中，貫穿附圖，相同的附圖標(biāo)記表示相同的零件，在附圖中：
[0007] 圖1示出根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的示例性散熱器半導(dǎo)體組件的立體圖；
[000引圖2示出圖1的根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的散熱器半導(dǎo)體組件的框圖；
[0009] 圖3A示出根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的可在圖1的散熱器半導(dǎo)體組件中采用的 緊固件系統(tǒng)的俯視圖；
[0010] 圖3B示出沿圖3A的根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的緊固件系統(tǒng)的線A-A截取的橫 截面視圖；
[0011] 圖3C示出圖3A的根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的緊固件系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0012] 圖3D示出圖3A的根據(jù)本文所提出的實(shí)施方式的緊固件系統(tǒng)的立體圖；
[0013] 圖4A示出了可在圖3A至圖3D的緊固件系統(tǒng)中采用的墊圈的俯視圖；
[0014] 圖4B示出了可在圖3A至圖3D的緊固件系統(tǒng)中采用的墊圈的側(cè)視圖；
[00巧]圖4C示出了可在圖3A至圖3D的緊固件系統(tǒng)中采用的墊圈的立體圖擬及
[0016] 圖5示出了用于對(duì)可在圖3A至圖3D的緊固件系統(tǒng)中采用的墊圈進(jìn)行識(shí)別的方法 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將對(duì)一個(gè)或更多個(gè)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。為了提供該些實(shí)施方式的簡(jiǎn)潔描 述，在本說(shuō)明書(shū)中并未對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的所有特征都進(jìn)行描述。應(yīng)理解的是，在任何該種實(shí)際 實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出許多特定于具體實(shí)現(xiàn)的決定W實(shí)現(xiàn) 開(kāi)發(fā)人員的具體目的，比如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，該些約束從一種實(shí)現(xiàn)到另一 種實(shí)現(xiàn)將變化。此外，應(yīng)了解的是，該種開(kāi)發(fā)努力可能是復(fù)雜并且耗時(shí)的，然而，其對(duì)于受益 于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言卻是設(shè)計(jì)、制作W及制造的常規(guī)任務(wù)。
[001引當(dāng)對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的元件進(jìn)行介紹時(shí)，措辭"一"、"一個(gè)"、"該及"所 述"旨在意味著存在一個(gè)或更多個(gè)元件。術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"W及"具有"旨在包含并且意 味著可能存在除了所列出的元件之外的另外的元件。
[0019] 本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式總體上設(shè)及用于制造工業(yè)自動(dòng)化裝置的改進(jìn)的系統(tǒng)和方 法。工業(yè)自動(dòng)化裝置比如驅(qū)動(dòng)器、馬達(dá)啟動(dòng)器、整流器等可W使用半導(dǎo)體裝置來(lái)控制由相應(yīng) 裝置使用或輸出的電力。半導(dǎo)體裝置比如絕緣柵雙極晶體管（IGBT)可W由工業(yè)自動(dòng)化裝 置用來(lái)提供高效并且快速的切換，W改變由裝置接收的電壓波形。然而，作為半導(dǎo)體裝置開(kāi) 關(guān)，半導(dǎo)體裝置會(huì)產(chǎn)生熱，所產(chǎn)生的熱可W減少半導(dǎo)體裝置的或者其中定位有半導(dǎo)體裝置 的工業(yè)自動(dòng)化裝置的壽命。因此，半導(dǎo)體裝置可W禪接至散熱器，散熱器可W使由半導(dǎo)體裝 置產(chǎn)生的熱耗散離開(kāi)半導(dǎo)體裝置、工業(yè)自動(dòng)化裝置或其兩者。
[0020] 例如，工業(yè)自動(dòng)化裝置可W是電驅(qū)動(dòng)器，該電驅(qū)動(dòng)器可W包括可朗尋交流（AC)電 壓轉(zhuǎn)換為直流值C)電壓的整流電路，比如二極管前端值FE)整流器、有源前端（AFE)整流 器。該電驅(qū)動(dòng)器也可W包括可從隱DC電壓轉(zhuǎn)換為可控AC電壓的逆變器電路，該可控AC電 壓可提供給可W禪接至負(fù)載的馬達(dá)。在該示例中，半導(dǎo)體裝置可W在整流電路和/或逆變 器電路中使用W有效地將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓和將DC電壓轉(zhuǎn)換成可控AC電壓。即，半導(dǎo) 體裝置可W迅速地接通和斷開(kāi)W產(chǎn)生DC電壓波形和可控AC電壓波形。然而，如W上提到 的，當(dāng)半導(dǎo)體裝置切換時(shí)，半導(dǎo)體裝置會(huì)產(chǎn)生熱，所產(chǎn)生的熱應(yīng)被耗散離開(kāi)半導(dǎo)體裝置。同 樣地，散熱器可W禪接至每個(gè)半導(dǎo)體裝置W使熱耗散離開(kāi)半導(dǎo)體裝置。
[0021] 為了經(jīng)由散熱器提供穩(wěn)定的附接和高效的熱傳遞，會(huì)期望W在一定范圍內(nèi)的力的 水平將半導(dǎo)體裝置與散熱器禪接在一起。此外，為了進(jìn)一步使熱能夠從半導(dǎo)體裝置更高效 地傳遞至散熱器，熱界面材料（TIM)可W施用于散熱器的下述表面和/或半導(dǎo)體裝置的下 述表面：在散熱器的所述表面和/或半導(dǎo)體裝置的所述表面處，散熱器和半導(dǎo)體裝置在禪 接在一起時(shí)彼此面接或物理地接觸。TIM可填充在原本存在于所述界面處的間隙中，使得能 夠進(jìn)行更好的熱傳遞。將半導(dǎo)體裝置與散熱器禪接的緊固件通常將對(duì)定位在禪接的部件之 間的TIM施加力。然而，現(xiàn)在意識(shí)到的是由于在操作時(shí)由半導(dǎo)體裝置產(chǎn)生的熱，半導(dǎo)體與散 熱器之間的TIM可能烙化或流動(dòng)。因此，可能損失用于禪接半導(dǎo)體裝置和散熱器的力的一 部分。
[0022] 通常，散熱器和半導(dǎo)體裝置可W通過(guò)使用緊固件系統(tǒng)而禪接在一起。因此，TIM的 熱傳遞特性可W取決于當(dāng)散熱器和半導(dǎo)體裝置經(jīng)由緊固件系統(tǒng)禪接在一起時(shí)散熱器與半 導(dǎo)體裝置之間的壓力或禪接力。緊固件系統(tǒng)可W被施加特定扭矩值的扭矩，使得禪接的散 熱器與半導(dǎo)體裝置之間的壓力或禪接力足W能夠使TIM將熱從半導(dǎo)體裝置有效地傳遞至 散熱器。
[002引當(dāng)工業(yè)自動(dòng)化裝置投入運(yùn)行時(shí)，該裝置會(huì)經(jīng)歷預(yù)燒化urn-in)過(guò)程。即，當(dāng)工業(yè)自 動(dòng)化裝置最初投入運(yùn)行時(shí)，由工業(yè)自動(dòng)化裝置中的半導(dǎo)體裝置產(chǎn)生的熱可W使得TIM烙化 或流動(dòng)。在該預(yù)燒過(guò)程期間，TIM可從固態(tài)變成半液態(tài)。當(dāng)TIM處于半液態(tài)時(shí)，TIM可W遍 布于散熱器的表面并且填充可W存在于散熱器的表面和半導(dǎo)體裝置的表面上的間隙中。在 從固態(tài)至半液態(tài)的初始變化之后，TIM可W再次變成固態(tài)。該時(shí)候，由于TIM的狀態(tài)改變并 且由于TIM填充散熱器的表面和半導(dǎo)體裝置的表面上的間隙，因此TIM的厚度可能已經(jīng)減 小。由于該厚度變化，禪接的散熱器與半導(dǎo)體裝置之間的壓力或禪接力也會(huì)減小，從而降低 了TIM的將熱高效地傳遞至散熱器的能力。
[0024] 為了補(bǔ)償該壓力損失，目前公開(kāi)的制造過(guò)程可W包括；通過(guò)使用TIM將散熱器禪 接至半導(dǎo)體裝置，對(duì)用于將散熱器禪接至半導(dǎo)體裝置的緊固件系統(tǒng)施加