JP3462709B2 - 電力変換器用平形半導体スタック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の平形半導体
素子と冷却部材などの積層要素を積層して積層体を構成
する平形半導体スタックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、従来の平形半導体スタックに
は、特開昭５０-１１２７３６号公報に開示されたよう
なものが知られている。図１５は、上記公報に開示され
た従来の平形半導スタックの略正面図である。

【０００３】図１５に示すように、この平形半導体スタ
ックにおいては、平形半導体素子１とこれを冷却する冷
却部材２とが交互に積み重ねられ、電気的絶縁のための
絶縁碍子３がこれらの両端に配置されている。絶縁碍子
３の一端には圧力保持用の圧縮バネ４、圧縮バネガイド
５および圧力目視機構（圧縮バネガイド移動量目視機
構）１１、１４が取り付けられ、その一方、他端には集
中荷重が加わるように鋼球７、鋼球を受ける金具６およ
び加圧用押しボルト８が設けられている。

【０００４】また、全体の圧力保持機構として、押え板
９および１０が、押え板支持ボルト１２により固定され
ている。さらに、平形半導体スタックは、ボルト１５に
よりスタック取付け用碍子１３に取り付けられている。
なお、図１５において符号Ｐはスタック取付け面を示し
ている。

【０００５】このような構成の平形半導体スタックを作
成する場合には、まず、圧縮バネ４、圧縮バネガイド
５、押え板９および圧縮量指示針１１を組み立て、これ
らを加圧機を用いて規定圧接力で加圧する。次いで、こ
の加圧状態を維持しつつ、圧縮量目視ボルト１４を圧縮
バネガイド5にネジ込み、圧縮量目視ボルト１４にあら
かじめ刻印してある目盛Ｑと圧縮量指示針１１とを一致
させ、その後に、圧縮量目視ボルト１４を、ポンチ、接
着剤などにて圧縮バネガイド５に固定する。

【０００６】以上の作業が終ったら、このセットを加圧
機より取り外し、圧縮バネ４の加圧力を零にしておく。
次いで、絶縁碍子３、３の間に平形半導体素子１と冷却
部材２とを交互に積み重ねたものに、鋼球を受ける金具
６、鋼球７および加圧用押しボルト８を取付け、これら
の両端に、押え板９、１０を配置する。押え板９、１０
は、押え板支持ボルト１２により固定されている。

【０００７】この状態では、圧接力は零であるが、加圧
用押しボルト８をスパナなどによりネジ込むことにより
徐々に圧縮バネ４が圧縮され、最終的には、最初にセッ
トした圧縮量目視ボルト１４の目盛Ｑが圧縮量指示針１
１と一致するまで圧縮される。この時点で、規定圧接力
が加わることになる。

【０００８】このように圧縮バネ４を設定することによ
り、他の積み重ね部分の数量、寸法に関係なく規定圧接
力を得られることは、平形半導体素子１、冷却部材２、
絶縁碍子３などの積み重ね部品の寸法公差に関係なく、
常に規定圧接力が得られることを意味している。

【０００９】また、素子交換作業も同様の作業工程で行
えるが、この時は圧縮バネのセット工程は不要となるの
で加圧機を必要としない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された半導体スタックにおいては、圧縮量目視ボル
ト１４に刻印してある目盛Ｑ、および、圧縮量指示針１
１には、それぞれ幅があり、圧縮量目視ボルト１４と圧
縮量指示針１１との位置合わせの精度は、作業員の熟練
度および目の位置で異なり、誤差が生じるおそれがあ
る。特に、半導体電力変換装置が設置された現地で行う
平形半導体素子１の交換作業においては、細心の注意が
必要とされるが、圧縮量目視ボルト１４と圧縮量指示針
１１との位置合わせに誤差が生じ、平形半導体素子１が
規定圧接力で加圧されない恐れがある。

【００１１】また、半導体電力変換装置の運転時には、
平形半導体スタックの構成部品が熱膨張するため圧縮バ
ネ４の圧縮量は変化する。このため、圧縮バネ４のバネ
定数は、熱膨張による圧縮バネ４の圧縮量の変化が生じ
ても、或いは、目視ボルト１４と圧縮量指示針１１との
位置合わせ誤差が生じても、平形半導体素子1が規定圧
接力範囲で加圧されるように設定されている。

【００１２】通常、圧縮バネ４は皿バネを直列に積み重
ねて使用しており、皿バネの使用枚数が多いほどバネ定
数は小さくなり、圧縮量の変化に対する加圧力の変化量
を小さくすることができる。つまり、目視ボルト１４と
圧縮量指示針１１との位置合わせの誤差が大きくなるほ
ど皿バネの使用枚数を多くする必要があるという問題点
がある。

【００１３】さらに、圧縮バネ４のセット工程および平
形半導体スタックの組み立て作業は、水平に設置された
治具上で行われるが、圧縮量目視ボルト１４および圧縮
量指示針１１が、押え板９より外側に突出しているいる
ため特殊な治具が必要となるばかりでなく、組み立て後
の平形半導体スタックの運搬、保管の際に、圧縮量目視
ボルト１４および圧縮量指示針１１を破損させないよう
に細心の注意を要していた。

【００１４】また、特開昭５２−１４１５６７号公報に
も、半導体素子および冷却部材を交互に積層させたもの
を指示する下部受台に基準線を設け、基準線とバネ受の
加圧目盛とが一致するまで、半導体素子および冷却部材
を圧縮する技術が開示されている。この技術において
も、基準線と加圧目盛とが一致しているか否かの判断
は、作業の熟練度や作業者の目の位置により、かならず
しも均一化できないという問題点があった。

【００１５】本発明の目的は、作業員の熟練度や目の位
置にかかわらず、圧縮バネの加圧力を容易かつ正確に設
定することにより、皿バネの使用枚数を減らし、さら
に、組み立ておよび素子交換時に特殊な治具を必要とせ
ず、運搬、保管が容易で低コストな平形半導体スタック
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、積層要
素として複数の平形半導体素子および冷却部材が少なく
とも積層された積層体と、前記積層体の積層要素の積層
方向への移動を規制するように、それらを挟んで対向配
置される２つの押え板と、一方の押え板の側に配置さ
れ、前記積層要素を圧接させるための圧力を積層体に加
えるための加圧部材と、前記他方の押え板の側に配置さ
れ、前記積層体に対して加圧部材によって加えられる圧
力を保持するための圧縮バネと、前記他方の押え板の側
に配置され、当該押え板に設けられた貫通部に、その一
端が遊嵌されて、前記圧縮バネの伸縮に応じて変位する
圧縮バネガイドとを備え、前記圧縮バネガイドは、前記
積層要素が前記加圧部材によって規定の圧接力で締め付
けられた状態である場合に、前記貫通部を貫通する一端
の端面の位置が、前記他方の押え板の端面の位置と一致
するように構成されたことを特徴とする半導体スタック
により達成される。

【００１７】本発明によれば、積層体の積層要素が規定
の圧接力で締め付けられた状態で、圧縮バネガイドの端
面の位置と押え板の端面の位置とが一致するように構成
されているため、積層要素である平形半導体素子、冷却
部材、絶縁碍子等の積み重ね部品の寸法公差に関係な
く、容易かつ正確に規定圧接力が得られる。また、スタ
ック構成部品および皿バネの使用枚数が少なく、かつ、
組み立ておよび素子交換時に特殊な治具を必要とせず、
運搬、保管が容易で低コストな平形半導体スタックを提
供することができる。

【００１８】また、本発明の目的は、前記圧縮バネガイ
ドが、前記積層方向に可動なスペーサを設け、前記スペ
ーサを所定の位置に位置決めすることにより、前記積層
要素である半導体素子、冷却部材等が規定の圧接力で締
め付けられた状態で、前記スペーサの端面の位置と、前
記他方の押え板の端面の位置が一致するように構成され
たことによっても達成される。

【００１９】この発明によれば、圧縮バネガイドに装着
され積層方向に自在に可動し得るスペーサを設け、積層
要素が規定の圧接力で締め付けられた状態で、スペーサ
の端面の位置と押え板の端面の位置を一致させたことに
より、平形半導体素子、冷却部材、絶縁碍子等の積み重
ね部品の寸法公差に関係なく、容易かつ正確に規定圧接
力を得ることた可能となる。また、圧縮バネの高さ、押
え板の厚さ、圧縮バネガイドの長さ等の寸法公差を厳し
くする必要がなくなり、前記部品の製作コストをさらに
低減することができる。さらに、スタック構成部品およ
び皿バネの使用枚数が少なく、かつ、素子交換時に特殊
な治具を必要とせず、運搬、保管が容易で低コストな平
形半導体スタックを提供することが可能となる。

【００２０】本発明の好ましい実施態様においては、前
記他方の押え板の上面の少なくとも圧縮バネと接する部
分、および、下面の少なくとも前記貫通穴の周辺部の少
なくとも一方に、凹部を設け、前記凹部を平滑面として
いる。

【００２１】この実施態様によれば、押え板の面に部分
的に凹部を設けこの部分を機械加工などにより平滑にす
ることにより、押え板の加工時間を短縮でき、部品コス
トを低減させることができる。また、皿バネの取り付け
面を平坦にすることができるため、皿バネのすわりを向
上させることが可能となる。さらに、位置合わせ面を平
坦にすることができるため、位置合わせ精度をさらに向
上させることができ、正確な規定圧接力を得ることが可
能となる。

【００２２】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記圧縮バネガイドが、前記貫通穴に貫通する部分
にネジ部を有し、前記スペーサが、前記ネジ部に螺合す
るナットから構成されている。

【００２３】この実施態様によれば、簡単な公正で、ス
ペーサを積層方向に自在かつ容易に移動させることがで
きる。また、これにより、組み立て作業が容易で低コス
トな平形半導体スタックを提供することが可能となる。

【００２４】本発明の別の実施態様においては、積層要
素として複数の平形半導体素子および冷却部材が少なく
とも積層された積層体と、前記積層体の積層要素の積層
方向への移動を規制するように、それらを挟んで対向配
置される２つの押え板と、一方の押え板の側に配置さ
れ、前記積層要素を圧接させるための圧力を積層体に加
えるための加圧部材と、前記他方の押え板の側に配置さ
れ、前記積層体に対して加圧部材によって加えられる圧
力を保持するための圧縮バネと、前記圧縮バネの圧縮量
を拡大表示するための指示計を備えている。

【００２５】この実施態様によれば、圧縮バネガイドの
圧縮量を拡大表示する指示計を設けたことにより、積層
要素である平形半導体素子、冷却部材、絶縁碍子等の積
み重ね部品の寸法公差に関係なく、容易かつ正確に規定
圧接力が得られる。また、スタック構成部品および皿バ
ネの使用枚数が少なく、さらに、組み立ておよび素子交
換時に特殊な治具を必要としない、低コストな平形半導
体スタックを提供することが可能となる。

【００２６】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記指示計が、前記圧縮バネガイドの積層方向への
移動量を拡大表示するように構成されている。

【００２７】上述した指示計は、着脱可能であるのが好
ましい。これにより、平形半導体スタックの運搬、保守
などを容易にすることが可能となる。

【００２８】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記指示計が、前記積層方向に可動であり、さらに
好ましくは、指示計は長穴を有し、前記長穴にネジを挿
入して締付けることにより、所定の位置に位置決めされ
る。

【００２９】また、本発明の好ましい実施態様において
は、前記指示計が、前記他方の押え板の表面に装着され
る。これにより、指示計の取り付け作業を容易にするこ
とができ、かつ、指示計の表示を容易に確認することが
可能となる。

【００３０】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記指示計が、前記他方の押え板の表面に固定され
た基部と、基部から延びる腕部と、前記腕部の略先端を
中心に回動自在なレバーとを備え、前記レバーの一端
が、前記圧縮バネおよび前記圧縮バネガイドの一方に接
触し、レバーの他端により、前記圧縮量が拡大表示され
るように構成されている。

【００３１】この実施態様によれば、比較的簡単な構成
にて、圧縮バネ或いはバネガイドの積層方向への移動量
を正確に拡大表示することができる。

【００３２】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、前記指示計が、レバーの他端の側に位置する、前記
基部から延びる第２の腕部を有し、前記積層要素が規定
の圧接力で締付けられた状態で、前記レバーの他端の位
置と、前記第２の腕部中の所定の位置とが一致するよう
に構成され、或いは、前記積層要素が規定の圧接力で締
付けられた状態で、前記レバーの他端の位置が、前記他
方の押え板の表面の位置と一致するように構成されてい
る。

【００３３】また、本発明の好ましい実施態様によれ
ば、前記レバーが、前記腕部の先端に設けられた窪みま
たは突起部と係合する突起部または窪みを有し、前記突
起部と前記窪みとの接触点を中心に回動するように構成
されている。

【００３４】これにより、より簡単な構成の指示計を得
ることが可能となり、その結果、さらに低コストな平形
半導体スタックを提供することが可能となる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態につき説明を加える。図１は、本発明の
第１の実施の形態にかかる平形半導体スタックの略正面
図、図２は、図１に示す平形半導体スタックのＡ−Ａ断
面の部分略拡大図である。図１および図２において、図
１５に示す従来の平形半導体スタックの構成部分と同じ
ものには、同一の符号を付している。

【００３６】図１および図２から理解できるように、こ
の実施の形態にかかる平形半導体スタックにおいては、
圧縮量指示針１１および圧縮量目視ボルト１４が使用さ
れていない。図１に示すように、この実施の形態にかか
る平形半導体スタックは、平形半導体素子１とこれを冷
却する冷却部材２とが交互に積み重ねられ、さらに、電
気的絶縁のための絶縁碍子３がこれらの両端に配置され
ている。すなわち、平形半導体素子１と冷却部材２と絶
縁碍子３とが積層要素として積層され、積層体を構成し
ている。絶縁碍子３の一端には、圧力保持用の圧縮バネ
４をガイドするための圧縮バネガイド５が取り付けられ
ている。図２に示すように、圧縮バネガイド５の下側部
材５ａは、押え板９に貫通部として設けられた貫通穴９
ａを遊嵌している。

【００３７】絶縁碍子３の他端には、集中荷重が加わる
ように鋼球７、剛球７を受け入れる金具６および押え板
１０に螺合された加圧用押しボルト８が設けられてい
る。なお、押え板９、１０が、ボルト１２により所定間
隔で固定され、これらが、平形半導体スタック全体の圧
力保持機構を構成している。

【００３８】ここで、図２に示すように、圧縮バネ４を
スタックの規定圧接力で加圧したときの圧縮バネ４の高
さ寸法Ｌ１は予め測定されており、押え板９の厚さ寸法
Ｌ２および圧縮バネガイド５の下側部材５ａの長さＬ３
は、圧縮バネ４の高さ寸法がＬ１の時に、圧縮バネガイ
ド５の端面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置とが一致
するように製作されている。

【００３９】このように構成された平形半導体スタック
において、スタック組み立て作業は以下のようになされ
る。まず、押え板９に押え板支持ボルト１２をネジ込
み、これをナット１６にて固定し、貫通穴１７ａを有す
る、水平に設置された組立治具１７の上に配置する。次
いで、圧縮バネ４を挿通するように圧縮バネガイド５を
取り付けた後に、その上に絶縁碍子３を配置する。

【００４０】このように配置された絶縁碍子３の上に、
平形半導体素子１と冷却部材２とを交互に積み重ねたも
のを取付け、その上に、絶縁碍子３、該絶縁碍子の上に
配置され、鋼球７を受け入れる金具６および鋼球７を組
み込む。最後に、押え板１０を、他方の押え板９との間
隔が所定距離Ｌ４となるように、ナット１８にて固定す
る。

【００４１】加圧用押しボルト８を、スパナなどを用い
て下方にネジ込むことにより、圧縮バネ４が、徐々に圧
縮され、最終的には、圧縮バネガイド５の下方部材５ａ
の端面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置とが一致する
ようになる。この位置は、平形半導体素子１などに、規
定圧接力が加わっていることを示している。

【００４２】なお、押え板9の端面Ｓに、定規１９など
を当接させることにより、圧縮バネガイド５の下側部材
５ａの端面Ｒと押え板９の端面Ｓとの位置合わせの誤差
をほとんどなくすることができ、これにより、平形半導
体スタックを規定圧接力で締付けることが可能となる。

【００４３】次に、素子交換作業につき説明を加える。
素子交換作業は、圧縮バネガイド５に設けられたネジ穴
５ｂに、ワッシャ２０を介してボルト２１をネジ込み、
圧縮バネ４を拘束して、その高さ寸法がＬ１となるよう
に、これを保持する。この状態で、加圧用押しボルト８
を緩めて、加圧用押しボルト８の先端と鋼球７との間
を、平形半導体素子１が交換可能となるまで広げた後
に、必要な素子を取り外して、新たな素子を挿入する。
平形半導体素子１の交換の後に、再度、加圧用押しボル
ト８の先端が鋼球７に接触するまで加圧用押しボルト８
をネジ込み、次いで、ボルト２１をゆるめて、圧縮バネ
ガイド５から取り外す。これにより、圧縮バネ４の拘束
は解除され、圧縮バネ４の加圧力が、圧縮バネガイド
５、スタック内の積層物（平形半導体素子１および冷却
部材２）並びに鋼球７を介して、加圧用押しボルト８お
よび押え板１０に伝わる。これにより、押え板支持ボル
ト１２には、圧縮バネ４の加圧力が引っ張り力として作
用する。

【００４４】このため、押え板支持ボルト１２の引っ張
り力と圧縮バネ４の加圧力とが平衡状態に達するまで、
押え板支持ボルト１２は若干伸びる。つまり、押え板支
持ボルト１２が伸びた分だけ、圧縮バネ４が伸びること
になり、平形半導体スタックの圧接力は規定値以下とな
り、圧縮バネガイド５の下側部材５ａの端面Ｒは，押え
板９の端面Ｓより若干内側に位置する。そこで、加圧用
押しボルト８を、圧縮バネガイド５の下側部材５ａの端
面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置が一致するまで、
スパナ等によりネジ込むことにより、平形半導体スタッ
クを規定圧接力で締付けることができる。

【００４５】なお、ボルト２１をネジ込み、圧縮バネ４
の高さ寸法をＬ１に拘束するのは、圧縮バネ４の加圧力
が加圧用ボルト８に加わるのを防ぐことにより、加圧用
ボルト８の回動力を大幅に減少させ、素子交換作業を容
易にするためである。

【００４６】上述したように、この実施態様によれば、
規定圧接力にて締め付けられた状態で、圧縮バネガイド
５の端面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置とを一致さ
せることにより、平形半導体素子１、冷却部材２、絶縁
碍子３等の積み重ね部品の寸法公差に関係なく、容易か
つ正確に規定圧接力が得られる。また、構成部品および
皿バネの使用枚数を少なくすることができ、さらに、組
み立ておよび素子交換時に特殊な治具を必要とせず、運
搬、保管が容易で低コストな平形半導体スタックを得る
ことが可能となる。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態につき説
明を加える。図３は、第２の実施の形態にかかる平形半
導体スタックの略正面図、図４は、図３に示す平形半導
体スタックの断面の部分略拡大図である。第２の実施の
形態にかかる平形半導体スタックは、圧縮バネガイド５
に、積層方向に自在に可動なスペーサ２２を装着した点
で、第１の実施の形態のものと相違する。

【００４８】図４により詳細に示すように、圧縮バネガ
イド５には、押え板９に設けられた貫通孔９ａに遊嵌す
る下側部材５ａと、その下部のネジ山を備えたネジ部５
ｃとが設けられている。

【００４９】上記構成の平形半導体スタックにおいて、
まず、組立治具１７の上に押え板９、圧縮バネ４および
圧縮バネガイド５を配置し、加圧機（図示せず）を用い
て、規定圧接力に加圧する。次いで、加圧状態のまま
で、スペーサ２２を、圧縮バネガイド５のネジ部５ｃに
ネジ込み、スペーサ２２の端面Ｒが押え板９の端面Ｓと
一致したら、スペーサ２２をポンチ、接着剤などによ
り、圧縮バネガイド５に固定する。なお、この時、押え
板９の端面Ｓに定規１９を当接させることにより、スペ
ーサ２２の端面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置と
を、ほとんど誤差なく一致させることができる。

【００５０】上述した作業が終了すると、押え板９、圧
縮バネ４、圧縮バネガイド５などからなるセットを、加
圧機から取り外し、第１の実施の形態と同様の手順で、
平形半導体素子１と冷却部材２とを交互に積み重ねたも
のなどを配置して、平形半導体スタックを組み立てる。
次いで、スペーサ２２の端面Ｒと押え板９の端面Ｓとが
一致するように、加圧用押しボルト８をねじ込む。これ
により、平形半導体スタックを規定圧接力にて締め付け
ることが可能となる。

【００５１】素子交換作業も、第1の実施の形態のもの
と同様の手順で行う。平形半導体素子の交換の後に、再
度、加圧用押しボルト８を、スペーサ２２の端面Ｒの位
置と押え板９の端面Ｓの位置とが一致するまでねじ込む
ことにより、平形半導体スタックを規定圧接力にて締付
けることが可能となる。

【００５２】このように、第２の実施の形態によれば、
圧縮バネガイド５に績層方向に自在に可動し得るスペー
サ２２を装着し、規定圧接力で締め付けられた状態で、
スペーサ２２の端面Ｒの位置と押え板９の端面Ｓの位置
とを一致させることにより、平形半導体素子１、冷却部
材２、絶縁碍子３等の積み重ね部品の寸法公差に関係な
く、容易かつ正確に規定圧接力が得られる。また、スペ
ーサが積層方向に可動であるため、圧縮バネ４をスタッ
クの規定圧接力で加圧したときの高さＬ１、押え板９の
厚さ、或いは、圧縮バネガイド５の長さ等の寸法公差を
厳しくする必要がなくなり、前記部品の製作コストを低
減することができる。さらに、構成部品および皿バネの
使用枚数が少なくすることができるとともに、素子交換
時に特殊な治具を必要とせず、運搬、保管が容易で低コ
ストな平形半導体スタックを得ることが可能となる。

【００５３】次に、本発明の第３および第４の実施の形
態につき、図５および図６を参照して説明を加える。図
５および図６は、それぞれ、第３および第４の実施の形
態にかかる平形半導体スタックの断面の部分略拡大図で
ある。たとえば、図２に示す押え板９の厚みが所定の寸
法Ｌ２にするのは容易ではない場合がある。たとえば、
押え板に機械加工を施さないと、その表面の微細な凹凸
により、厚みが一定にならない場合がある。また、表面
および裏面（端面Ｓ）全てを機械加工するためには、時
間を必要とし、押え板のコストを増大させる場合があ
る。

【００５４】このため、第３および第４のの実施の形態
においては、表面および／または裏面の一部分に凹部を
設け、この凹部のみに機械加工を施し、凹部の頂面と他
の面との間の厚みを所定の寸法Ｌ２に設定している。

【００５５】たとえば、第３の実施の形態においては、
図５に示すように、押え板９に、圧縮バネ４との当接面
を含む凹部５１を設け、凹部５１の頂面と端面Ｓとの間
が所定の寸法Ｌ２となるように、凹部５１に機械加工を
施している。これにより、圧縮バネ４の座りを向上させ
ることが可能となる。

【００５６】また、第４の実施の形態においては、押え
板９の裏面に、貫通孔９ａを含むように、凹部６１を設
けている。そして、凹部６１の端面Ｓと押え板の表面と
の間が所定の寸法Ｌ２となるように、凹部６１に機械加
工を施している。これにより、下側部材５ａと端面Ｓと
の位置合わせの精度をより向上させることができる。

【００５７】次に、本発明の第５の実施の形態につき説
明を加える。図７は、第５の実施の形態にかかる平形半
導体スタックの断面の部分略拡大図である。

【００５８】図７に示すように、押え板９の上面側に
は、圧縮バネガイド５の積層方向の移動量を拡大表示す
る指示計２３が設けられている。また、第５の実施の形
態にかかる平形半導体スタックは、圧縮バネガイド５の
下側部材５ａが、押え板９に設けられた孔９ａを部分的
に遊嵌している点で、第１の実施の形態のものと異な
る。この孔９ａは、必ずしも貫通している必要はない。
或いは、下側部材５ａは、貫通孔９ａを貫通していても
良い。

【００５９】図８は、第５の実施の形態にかかる平形半
導体スタックの指示計およびその周辺をより詳細に示す
部分略拡大図である。図８（ａ）に示すように、指示針
２３は、押え板９の表面（上面）にネジ２４により固定
され、かつ、積層方向に延びる腕を有するベース２５ａ
と、ベース２５ａの腕に、ピン２７を介して回動可能に
取り付けられたレバー２６とを備えている。ピン２７
は、止め輪２８により、脱落しないようになっている。

【００６０】レバー２６は、その一端が圧縮バネガイド
５のフランジの裏面Ｕに接触し、圧縮バネガイド５の移
動にしたがって、ピン２７を回転中心として回動するよ
うになっている。レバー２６の回動にしたがって、レバ
ー２６の他端は、圧縮バネガイド５の移動方向と逆方向
に動く。ここで、圧縮バネガイド５の績層方向の移動量
をＧ１、レバー１６の一端（図８（ａ）の符号Ｕ参照）
からピン２７までの長さをＬ７、および、レバー２６の
他端（図８（ａ）の符号Ｖ参照）からピン２７までの長
さをＬ８とすると、レバー２６のＶ側先端部の績層方向
への移動量Ｇ２は、（１）式のように表わされる。

【００６１】 Ｇ２≒Ｇ１×Ｌ８／Ｌ７ ……………（1） （１）式より、Ｌ８／Ｌ７を大きくするほどＧ２は大き
くなる。つまり、圧縮バネガイド５の績層方向の移動量
Ｇ１を、先端Ｖにおいて、Ｇ２として拡大表示すること
ができる。この実施例においては、Ｇ１が、先端Ｖにお
いてＧ２として、もとの５倍程度に拡大表示されるよう
に設定されている。

【００６２】このように構成された平形半導体スタック
において、図７に示すように、圧縮バネ４をスタックの
規定圧接力で加圧したときの高さ寸法Ｌ１が予め測定さ
れている。また、ベース２５ａの底部からピン２７の中
心までの高さＬ６と、レバー２６のピン２７の中心と対
応する位置から一端Ｕまでの高さＬ５との和が、Ｌ１と
等しくなるようになっている。すなわち、圧縮バネ４の
高さ寸法がＬ１のときに、ベース２５ａの腕の上面とレ
バー２６の上面とが、整列するようになっている。な
お、双方の上面の位置が一致するのではなく、図８
（ｂ）に示すように、ベース２５ｂに目印Ｘを付けて、
目印Ｘとレバー２６の上面とが整列するようにしてもよ
い。また、図示はしていないが、図５、６に示すよう
に、押え板９の一方或いは双方の端面を部分的に加工し
て、段差を設けても良いことは明らかである。

【００６３】このように構成された平形半導体スタック
も、第１の実施の形態と同様の手順にて組み立てること
ができる。その後に、べース２５ａの腕の上面とレバー
２６の上面とが一致するように、加圧用押しボルト８を
ねじ込む。この際に、圧縮バネガイド５の積層方向の移
動量Ｇ１は、レバー２６の他端にて、Ｇ２として拡大表
示されるので、圧縮バネ４を規定圧接力で加圧したとき
の高さ寸法Ｌ１が、より正確に設定できる。なお、指示
計２３は、平形半導体スタックの組み立て作業の終了後
に取り外して保管しても良い。

【００６４】半導体素子の交換作業も第1の実施例と同
様の手順で行うことができる。半導体素子の交換後、再
度、加圧用押しボルト８をネジ込み、ベース２５ａの腕
の上面とレバー２６の上面とを、所定の位置（符号Ｖ参
照）で整列させることにより、平形半導体スタックを規
定圧接力で締付けることができる。

【００６５】この実施の形態によれば、圧縮バネガイド
５の績層方向の移動量を拡大表示する指示計２３を、押
え板９に装着し、規定圧接力で締め付けられた状態で、
ベース２５ａの腕の上面とレバー２６の上面とを整列さ
せる（すなわち、所定の位置Ｖで一致させる）ことによ
り、平形半導体素子１、冷却部材２、絶縁碍子３等の積
み重ね部品の寸法公差に関係なく、容易かつ正確に規定
圧接力を得ることが可能となる。また、皿バネの使用枚
数を少なくすることができ、かつ、組み立ておよび素子
交換時に特殊な治具を必要としない、低コストな平形半
導体スタックを得ることが可能となる。

【００６６】次に、本発明の第６の実施の形態につき、
説明を加える。図９は、第６の実施の形態にかかる平形
半導体スタックの断面の部分略拡大図である。図７に示
すように、押え板９の上面側には、圧縮バネガイド５の
積層方向の移動量を拡大表示する、積層方向に自在に可
動の指示計３５が設けられている。この実施の形態にか
かる半導体スタックは、指示計３５の構成のが異なる他
は、第５の実施の形態のものと同一である。

【００６７】図１０は、指示計およびその周辺をより詳
細に示す部分略拡大図である。図１０に示すように、指
示計３５は、押え板９の側壁と当接する下側部材３７ｂ
および積層方向に延びる腕３７ｃを有するベース３７
と、ベース３７の腕３７ｃに、ピン３６を介して回動可
能に取り付けられたレバー３８とを備えている。ピン３
８は、止め輪により脱落しないようになっている。図１
０に示すように、ベース３７の下側部材３７ｂには、長
穴３７ａが設けられ、ネジ３６により、積層方向に自在
な位置で、押え板９に固定できるようになっている。指
示計３５の動作は、第５の実施の形態のものと同じであ
る。なお、図示はしていないが、図５および図６に示す
ように、押え板9の一方の端面または両端面を部分的に
機械加工しても良い。

【００６８】このように構成された平形半導体スタック
において、まず、押え板９、圧縮バネ４、圧縮バネガイ
ド５を配置し、加圧機を用いてこれらを規定圧接力で加
圧する。次いで、この加圧状態のままで、指示計３５を
押え板９にネジ３６にて仮止めする。さらに、ベース３
５の腕３５ｃの上面とレバー３８の上面とが整列するよ
うに（すなわち、所定の位置（符号Ｖ参照）にて一致す
るように）、指示計３５を績層方向に移動し、この位置
に、指示計３５をネジ止めして固定する。

【００６９】上述した作業が終わったら、押え板９、圧
縮バネ４などからなるセットを加圧機から取り外し、第
２の実施の形態と同様の手順で、半導体スタックの組み
立て作業を行う。次いで、ベース３７の腕３７ｃの上面
とレバー３８の上面とが整列するように、加圧用押しボ
ルト８をネジ込む。この際に、圧縮バネガイド５の積層
方向の移動量Ｇ１は、レバー２６の他端にて、Ｇ２とし
て拡大表示されるので、圧縮バネ４を規定圧接力で加圧
したときの高さ寸法Ｌ１が、より正確に設定できる。

【００７０】半導体素子の交換作業も、第２の実施の形
態と同様の手順で行うことができる。

【００７１】半導体素子の交換後、再度、加圧用押しボ
ルト８をネジ込み、ベース３７の腕３７ｂの上面とレバ
ー３８の上面とを整列させることにより、平形半導体ス
タックを規定圧接力で締め付けることができる。

【００７２】この実施の形態によれば、圧縮バネガイド
5の績層方向の移動量を拡大表示する、積層方向に自在
な位置に固定可能な指示計３５を装着し、規定圧接力で
締め付けられた状態で、ベース３７の腕の上面とレバー
３８の上面とを整列させる（すなわち、所定の位置Ｖで
一致させる）ことにより、平形半導体素子１、冷却部材
２、絶縁碍子３等の積み重ね部品の寸法公差に関係な
く、容易かつ正確に規定圧接力を得ることが可能とな
る。また、圧縮バネ４をスタックの規定圧接力で加圧し
たときの高さＬ１、押え板９の厚み、圧縮バネガイド５
の長さ、指示計３５の構成部品等の寸法公差を厳しくす
る必要がなくなり、前記部品の製作コストを低減するこ
とができる。さらに、皿バネの使用枚数が少なくするこ
とができ、かつ、素子交換時に特殊な治具を必要としな
い、低コストな平形半導体スタックを得ることが可能と
なる。

【００７３】次に、圧縮バネガイド５の積層方向の移動
量を拡大表示する指示計の他の例につき説明を加える。

【００７４】図１１は、指示計の他の例を示す部分略拡
大図である。図１１に示すように、この指示計４５は、
押え板９の表面（上面）にネジ４６にて固定され、か
つ、せい層方向に延びる腕４７ｃを有するベース４７
と、ベース３７にピン２７を介して回動可能に取り付け
られたレバー４８とを有している。ピン２７は、止め輪
２８により脱落しないようになっている。レバー４８の
一端は圧縮バネガイドの下面Ｕに接触し、圧縮バネガイ
ド５の移動にしたがって、レバー４８がピン２７を回転
中心として回動し、レバー４８の他端が圧縮バネガイド
５の移動方向と逆方向に動くようになっている。これに
より、レバー４８はスムーズに回動することができ、圧
縮バネガイド5の積層方向への移動量を正確に拡大表示
することができる。

【００７５】このような構成の指示計４５においても、
圧縮バネガイド５の積層方向の移動量Ｇ１、および、押
え板９の表面（上面）Ｗとレバー４８の他端との距離Ｇ
２は、第３の実施の形態のものと同様に、（１）式によ
り表わされる。

【００７６】また、このような指示計４５を用いて平形
半導体スタックにおいて、圧縮バネ４をスタックの規定
圧接力で加圧したときの高さ寸法Ｌ１は予め測定されて
おり、かつ、押え板９の表面（上面）Ｗからピン２７の
中心までの高さＬ６と、レバー４８の他端が押え板９の
表面（上面）Ｗに接触しているときの、ピン２７の中心
からレバー４８の一端（Ｕ側の先端）までの高さＬ５と
の和が等しくなるようになっている。

【００７７】したがって、圧縮バネガイド５の下面Ｕ
が、レバー４８の先端に接触した状態のときに、圧縮バ
ネ４を規定圧接力で加圧していることが示される。この
例によれば、指示計４５のベース４７の形状をより簡略
にすることが可能となる。

【００７８】図１２は、指示計のさらに他の例を示す部
分略拡大図である。図１２に示すように、この例におい
ては、図８（ａ）に示す指示計２５のレバー２６をピン
２７にて回動可能に取り付ける代わりに、ベース５７の
腕５７ｃの上部に切り欠き５７ｄを設け、そこに、レバ
ー５８に設けた突起部５８ａを配置して回動中心にした
ものである。この例によれば、指示計の部品点数をさら
に削減することが可能となる。

【００７９】なお、図８（ｂ）に示すように、ベース５
７の他方の腕に目印を付けておいても良い。

【００８０】図１３は、指示計のさらに他の例を示す部
分略拡大図である。図１３に示すように、この例におい
ては、図１１に示す指示計４５のレバー４８をピン２７
にて回動可能に取り付ける代わりに、ベース６７の上部
に切り欠き６７ｄを設け、そこに、レバー６８に設けた
突起部６８ａを配置して回動中心にしたものである。こ
の例によっても、指示計の部品点数をさらに削減するこ
とが可能となる。

【００８１】本発明は、以上の実施の形態に限定される
ことなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内
で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内
に包含されるものであることは言うまでもない。

【００８２】たとえば、前記第２の形態において、図５
に示すように押え板９の上側に、圧縮バネ４との当接面
を含む凹部を設けても良い。また、第３および第４の実
施の形態を組合わせて、押え板９の表面および裏面に凹
部を設けて、凹部に機械加工を施しても良い。

【００８３】また、図１２および１３に示す指示計に関
して、ベースに突起部を設け、かつ、レバーに切り欠き
を設けても良いことは明らかである。

【００８４】さらに、図１１および図１３に示す指示計
を使用する場合に、指示計のレバーの他端が接触する側
の押え板の対応する部分に、図１４に示すような切り欠
き９ａを設け、レバーの他端が、押え板の表面（上面）
Ｗよりも下方に位置できるように構成し、レバーの他端
の位置が、押え板の表面（上面）Ｗの位置と一致したと
きに、圧縮バネ４が、規定圧接力にて圧縮されるように
しても良い。

【００８５】また、一つの部材の機能が、二つ以上の物
理的部材により実現されても、若しくは、二つ以上の部
材の機能が、一つの物理的部材により実現されてもよ
い。

【００８６】上述した例では、圧縮バネガイドの変位を
拡大してバネの圧縮量を指示しているが、これに限られ
ない。すなわち、圧縮バネの伸縮を直接検出して、これ
を拡大して指示するようにしてもよい。

【００８７】以上に述べた例では、半導体素子と冷却部
材が交互に積層される構造を示したが、本発明は、これ
に限られない。例えば、半導体素子を２層ごとに、１層
の冷却部材が介在するようにしてもよい。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、作業員の熟練度や目の
位置にかかわらず、圧縮バネの加圧力を容易かつ正確に
設定することにより、皿バネの使用枚数を減らし、さら
に、組み立ておよび素子交換時に特殊な治具を必要とせ
ず、運搬、保管が容易で低コストな平形半導体スタック
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる
平形半導体スタックの一部断面略正面図である。

【図２】 図２は、図１に示す平形半導体スタックのＡ
−Ａ断面の部分略拡大図である。

【図３】 図３は、本発明の第２の実施の形態にかかる
平形半導体スタックの一部断面略正面図である。

【図４】 図４は、図３に示す平形半導体スタックの断
面の部分略拡大図である。

【図５】 図５は、第３の実施の形態にかかる平形半導
体スタックの断面の部分略拡大図である。

【図６】 図６は、第４の実施の形態にかかる平形半導
体スタックの断面の部分略拡大図である。

【図７】 図７は、第５の実施の形態にかかる平形半導
体スタックの断面の部分略拡大図である。

【図８】 図８（ａ）は、図７の部分略拡大図、図８
（ｂ）は、第５の実施の形態にかかる指示計の他の例を
示す部分略拡大図である。

【図９】 図９は、第６の実施の形態にかかる平形半導
体スタックの断面の部分略拡大図である。

【図１０】 図１０は、図９の部分略拡大図である。

【図１１】 図１１は、本発明にかかる指示計のさらに
他の例を示す図である。

【図１２】 図１２は、本発明にかかる指示計のさらに
他の例を示す図である。

【図１３】 図１３は、本発明にかかる指示計のさらに
他の例を示す図である。

【図１４】 図１４は、本発明にかかる指示計のさらに
他の例を示す図である。

【図１５】 図１５は、従来の平形半導体スタックの部
分断面略正面図である。

【符号の説明】

１ 平形半導体素子 ２ 冷却部材 ３ 絶縁碍子 ４ 圧縮バネ ５ 圧縮バネガイド ６ 鋼球受け金具 ７ 鋼球 ８ 加圧用押しボルト ９、１０ 押え板 １２ 押え板支持ボルト １７ 組立治具 １９ 定規

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛世 正博 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株式会社日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭51−109776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−2931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−145558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−112736（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 25/11

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積層要素として複数の平形半導体素子およ
   び冷却部材が少なくとも積層された積層体と、 前記積層体の積層要素の積層方向への移動を規制するよ
   うに、それらを挟んで対向配置される第１および第２の
   押え板と、第１の 押え板の側に配置され、前記積層要素を圧接させ
   るための圧力を積層体に加えるための加圧部材と、前記第２の 押え板の側に配置され、前記積層体に対して
   加圧部材によって加えられる圧力を調整するための圧縮
   バネ部とを有し、 前記圧縮バネ部は、圧縮バネと圧縮バネガイドとを含
   み、 該圧縮バネガイドは、前記積層体と前記第２の押さえ板
   との間に配置され、第１の端部が前記積層体と接し、第
   ２の端部が前記第２の押え板に設けられた貫通部に遊嵌
   され、 前記圧縮バネは、前記圧縮バネガイドの前記第１の端部
   側に設けられた突起と前記第２の押さえ板との間に保持
   され、 前記圧縮バネガイドは、前記圧縮バネの伸縮に応じて前
   記積層体の積層方向に変位し、前記積層要素が前記加圧
   部材によって規定の圧接力で締め付けられた状態である
   場合に、前記貫通部を貫通する前記第２の端部の端面の
   位置が、前記第２の押え板の端面の位置と一致するよう
   に構成され、前記積層体の交換時に前記加圧部材の圧力を開放した場
   合に、前記規定の圧接力を得るための前記圧縮バネの伸
   縮状態を維持したまま、前記圧縮バネガイドが前記第２
   の押さえ板に対して前記積層体の積層方向に変位しない
   ようにするために、前記圧縮バネガイドの前記第２の端
   部には、前記第２の押さえ板の外側からボルトをねじ込
   むための雌ねじが設けられていること を特徴とする半導
   体スタック。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体スタックにおい
   て、前記圧縮バネガイドは、第２の端部に取付られたス
   ペーサを有し、前記積層要素が前記加圧部材によって規
   定の圧 接力で締め付けられた状態である場合に、前記ス
   ペーサの端面が前記第２の押さえ板の端面と一致するよ
   うに構成されていることを特徴とする半導体スタック。
3. 【請求項３】前記第２の押え板の上面の少なくとも圧縮
   バネと接する部分、および、下面の少なくとも前記貫通
   部の周辺部の少なくとも一方に、凹部を設け、前記凹部
   を平滑面としたことを特徴とする請求項１または２に記
   載の平形半導体スタック。