JP2007088007A - Semiconductor stack - Google Patents
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Description
本発明は、平型半導体素子とヒートシンクとを積層した半導体スタックに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor stack in which a flat semiconductor element and a heat sink are stacked.
半導体スタックは、少なくとも1個の平型半導体素子とヒートシンクとを交互に積層して構成される。この種の半導体スタックでは、平型半導体素子を規定圧接力に加圧して使用することが要求されるが、使用される平型半導体素子には、GTO、IEGT、サイリスタ、ダイオードなどの様々な種類があり、その半導体素子の圧接面形状や圧接面積、圧接力なども様々であるので、加圧力も異ならせる必要がある。 The semiconductor stack is configured by alternately stacking at least one flat semiconductor element and a heat sink. In this type of semiconductor stack, it is required to use a flat semiconductor element under a specified pressure contact force, and there are various types of flat semiconductor elements used such as GTO, IEGT, thyristor, diode, etc. Since the pressure contact surface shape, pressure contact area, pressure contact force, and the like of the semiconductor element are various, it is necessary to make the applied pressure different.
従来の半導体スタックでは、半導体素子における規定圧接力を確保するための手段として、油圧プレス機のメーターによる管理や加圧支持板を介して半導体素子を締め付けるスタッドボルトの締め付けトルクにより管理する方法が適用されていた。また半導体素子およびヒートシンクの積層体と、この積層体を締め付ける加圧支持板の一方との間に介在させる皿バネの部分に、皿バネおよび加圧支持板を貫通するネジ部を設け、このネジ部に、加圧支持板により締め付けて加圧した際に形成されるギャップの大きさを測定する目盛円板を設けて皿バネの圧縮量から加圧力を測定し管理する方法も提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、油圧プレス機により加圧力を管理する場合には、油圧機器およびメーター類の定期的な校正が必要であり、またスタッドボルトの締め付けトルクにより加圧力を管理する場合には、作業ばらつきが大きいなどの問題があった。さらに目盛円板により加圧後のギャップの大きさを測定し管理する方法においては、例えば半導体スタックの圧接組立完了後に、時間を経過した時点では、ギャップの大きさの変化を測定することが困難であり、積層体の半導体素子における残圧接力を読み取ることが困難であった。しかも皿バネが外気に曝されているために劣化し易いという課題もあった。 However, when controlling the applied pressure with a hydraulic press machine, it is necessary to periodically calibrate the hydraulic equipment and meters, and when managing the applied pressure with the tightening torque of the stud bolt, the work variation is large. There were problems such as. Furthermore, in the method of measuring and managing the size of the gap after pressurization using a scale disk, for example, it is difficult to measure the change in the size of the gap after a lapse of time after completion of the pressure welding assembly of the semiconductor stack. It was difficult to read the residual pressure contact force in the semiconductor element of the laminate. In addition, there is a problem that the disc spring is easily deteriorated because it is exposed to the outside air.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、半導体スタックの組立時、組立後を問わず、積層体の半導体素子における圧接力の測定ないし管理が容易に実施でき、しかも皿バネの劣化を抑制することのできる半導体スタックを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily measure or manage the pressure contact force in the semiconductor element of the laminated body, regardless of whether the semiconductor stack is assembled or not. An object of the present invention is to obtain a semiconductor stack capable of suppressing deterioration of the semiconductor.
上記の課題を解決するため、本発明による半導体スタックは、少なくとも1個の平型半導体素子とヒートシンクとを積層して積層体を構成し、この積層体の積層方向両側に配設された一対の加圧支持板およびこの加圧支持板の少なくとも一方と前記積層体との間に介在された皿バネを介して前記積層体を締め付けてなる半導体スタックにおいて、前記皿バネを収納するカップ状の皿バネガイドを設けるとともに前記皿バネと前記加圧支持板の間に前記皿バネを圧縮する押し棒を設けてなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor stack according to the present invention includes a pair of layers disposed on both sides in the stacking direction of a stack by stacking at least one flat semiconductor element and a heat sink. In a semiconductor stack in which the laminated body is clamped via a pressure support plate and a disc spring interposed between at least one of the pressure support plate and the laminate, a cup-shaped dish that houses the disc spring A spring guide is provided, and a push rod for compressing the disc spring is provided between the disc spring and the pressure support plate.
本発明によれば、皿バネガイドと加圧支持板との間のギャップの大きさをノギス等により測定することにより、積層体における半導体素子の圧接力を容易に測定し管理することができる。また皿バネが皿バネガイドに覆われており、外気に触れることが少ないので、粉塵などの付着や酸化等による皿バネの劣化を抑制することができる。 According to the present invention, by measuring the size of the gap between the disc spring guide and the pressure support plate with calipers or the like, the pressure contact force of the semiconductor element in the stacked body can be easily measured and managed. Further, since the disc spring is covered with the disc spring guide and is hardly exposed to the outside air, it is possible to suppress the disc spring from being deteriorated due to adhesion of dust or oxidation.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1(a)ないし(c)は、本発明による第1の実施の形態に係る半導体スタックを示し、(a)はその正面図、(b)は(a)の平面図、(c)は(a)の側面図である。図1において、本実施の形態では、平型半導体素子としてIEGTを採用した場合を例にとり説明する。 Embodiments of the present invention will be described below. 1A to 1C show a semiconductor stack according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a front view thereof, FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A, and FIG. It is a side view of (a). In FIG. 1, in the present embodiment, a case where IEGT is adopted as a flat semiconductor element will be described as an example.
少なくとも1個の半導体素子1と、この半導体素子1を冷却するための少なくとも1個のヒートシンク2とが交互に積層され、さらにその積層方向両側に、外部端子として使用する導体3,3および電気回路を絶縁するための絶縁座4,4が配設されて積層体5が構成されている。この積層体5は、軸方向両側に設けられた一対の加圧支持板6,7により挟まれ、一対の加圧支持板6,7の平板方向両側に配設されたスタッドボルト8,9および固定ナット10,11により締め付けて加圧され固定される。
At least one
一方の加圧支持板6と積層体5との間には、積層体5に集中荷重を加えるための球面座12が配設され、他方の加圧支持板7と積層体5との間には、温度変化による圧接力の変化を吸収するための皿バネ13が配設されている。
Between one
本実施の形態では、この皿バネ13と積層体5との間に、皿バネ13を収納するカップ状の皿バネガイド14が設けられ、また皿バネ13と加圧支持板7との間に、皿バネ13を押し付けて圧縮する押し棒15が設けられている。皿バネガイド14は、図2(a)ないし(c)に示すように、皿バネ13を収納しかつ包囲する深さを有する大きさのカップ状に金属等で形成されており、その開放端14aと反対側に位置する底部14bの外側面には、積層体5に集中荷重を与えるための球面部13aが形成されている。押し棒15は、図3(a)および(b)に示すように、円柱状の金属棒等で構成されており、その先端部が皿バネガイド14内に位置するように配設される。
In the present embodiment, a cup-shaped
このような構成を有する半導体スタックにおいては、たとえば一方の加圧支持板6を固定し、他方の加圧支持板7におけるスタッドボルト8,9の固定ナット10,11を緩めた状態で、油圧プレス機(図示せず)により一対の加圧支持板6,7を介して積層体5に所定の圧力を加え、この状態で固定ナット10,11を締め付けることにより組み立てられる。この際、加圧支持板7と皿バネガイド14の開放端14aとの間のギャップGの大きさをノギス等で容易に測定することができる。
In the semiconductor stack having such a configuration, for example, one
これにより、半導体スタック組立時の皿バネ13の圧縮量を知ることができ、皿バネ13の圧縮量―加圧力の特性値から、このときの積層体5における半導体素子1の圧接力を知ることができる。しかもこのギャップGの大きさの測定は、半導体スタック5の組立後も行なうことができる。
Thereby, the compression amount of the
したがって本実施の形態によれば、半導体スタックの組立時、組立後と問わず、加圧支持板7と皿バネガイド14の開放端14aとの間に形成されるギャップGの大きさを測定することにより、積層体5における半導体素子1の圧接力を容易に測定し管理することができる。また本実施の形態によれば、皿バネ13が皿バネガイド14に覆われているために、外気に触れることが少なくなるので、粉塵などの付着や酸化等による皿バネ13の劣化を抑制することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the size of the gap G formed between the
なお、上記実施の形態において、押し棒15の側面にひずみゲージを貼り付けたり、または押し棒15に代えてロードセルを配設したりすることにより、電気的に圧接力を測定し、その測定値を外部に引き出して、半導体スタック組立時の圧接力の測定ないし管理や組立後の残圧接力の確認を行うこともできる。
In the above embodiment, the pressure contact force is measured electrically by attaching a strain gauge to the side surface of the
図4(a)および(b)は、本発明による第2の実施の形態に係る半導体スタックで使用する押し棒25を示し、(a)はその正面図、(b)は(a)の側面図である。ここで、第1の実施の形態と同一端は類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。図4において、本実施の形態においては、円柱状の押し棒25の側面に、軸方向に沿って目盛り25aを形成したところに特徴を有する。この押し棒25を使用して皿バネ13を圧縮させることにより、加圧支持板7と皿バネガイド14の開放端14aとの間に形成されるギャップGの大きさを目盛り25aで表示することができ、ノギス等を使用することなく、皿バネ13の圧縮量を直接読み取ることができ、ひいてはそのときの積層体5における半導体素子1の圧接力を測定することができる。
4A and 4B show the
図5(a)ないし(c)は、本発明による第3の実施の形態に係る半導体スタックで使用する皿バネガイド24を示し、(a)はその正面図、(b)は(a)の左側面図、(c)は(a)の右側面図である。ここで、第1の実施の形態と同一端は類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。図5において、本実施の形態においては、カップ状の皿バネガイド24の側面に、軸方向に延びるスリット24aを形成して内部に収納される皿バネの圧縮状態を目視確認できるようにしたところに特徴を有する。このスリット24aは、必要に応じて透明な樹脂などで閉塞することにより、塵埃などの侵入を阻止するように構成することもできる。
FIGS. 5A to 5C show a
図6は、本発明による第4の実施の形態に係る半導体スタックの主要部を示す正面図である。ここで、第1の実施の形態と同一端は類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。図6において、本実施の形態においては、カップ状の皿バネガイド34と円柱状の押し棒35との間にOリング16を介在させて皿バネガイド34の皿バネ収納空間を外気と遮断するようにしたところに特徴を有する。これにより、皿バネ13は、塵埃の侵入、付着や酸化による劣化が一層抑制され、ヒステリシスが低減されることになる。
FIG. 6 is a front view showing a main part of a semiconductor stack according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment, and the duplicate description will be omitted. In FIG. 6, in the present embodiment, an O-
1…半導体素子
2…ヒートシンク
3…導体
4…絶縁座
5…積層体
6,7…加圧支持板
8,9…スタッドボルト
10,11…固定ナット
12…球面座
13…皿バネ
13a…球面部
14,24,34…皿バネガイド
15,25,35…押し棒
24a…スリット
25a…目盛り
16…Oリング
DESCRIPTION OF
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