JPH075643Y2 - 半導体スタック - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は平型半導体素子用スタックに関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置（以下装置と称する）は大容量化の傾
向にあり、それに伴い多数個の平型半導体素子（以下素
子と称する）が用いられる。装置は多数個の素子とその
素子を冷却するためのヒートシンクを交互に積層させ、
加圧ボルト、皿ばね等から成る加圧装置で加圧スタック
で構成される。

このスタックは保守性を考慮して通常少数個の素子及び
ヒートシンクのスタックとしてまとめ多数群のスタック
として装置に組込まれるが近年特に装置の簡素化、コン
パクト化が要求されているため多数個の素子及びヒート
シンクがまとめて１つのスタックとして構成される。し
かしながらこの場合スタッキングの圧力管理及び素子と
ヒートシクとの接触面における加圧の偏当り防止が大変
困難な問題となっていた。

以下従来の実施例を第４図、第５図を用いて説明する。
第４図はコンパクト化されたスタックを示す。第５図は
第４図の加圧装置４の部分の詳細（××矢視）を示した
図である。

この図で１は素子２及び素子が発生する熱を放熱するヒ
ートシンクを交互に積層体であり、その積み上げ高さは
装置の方式と容量に依存するが2mを超える場合がある。

また４は加圧装置で皿ばね５、加圧ボルト６、ロックナ
ット７及び押え板８等から成り、積層体１を締付け加圧
し接合させるものである。尚、加圧ボルト６と押え板８
とはねじで嵌合されている。

また９は前記積層体１の圧接力を保持するフレームで1
0,11は絶縁体であり、それぞれ対地及び前記積層体１の
両端に印加させる電圧に対して電気的に絶縁してある。

このように構成された従来のスタックにおいて前記積層
体１の締付加圧はまず初めに押え板８に嵌合された加圧
ボルト６をトルクレンチ（図示せず）で回転させ、この
回転による鉛直方向の移動によって加圧する。次にトル
クレンチのトルクを注視しながら予め設定してあるトル
クになったところでロックナットで固定する。このよう
に加圧ボルト６のトルクによって積層体の加圧力を管理
するものである。

（考案が解決しようとする課題） 次に前記の第４図〜第５図と新たに第６図〜第７図を用
いて本考案が解決しようとする問題点について説明す
る。

第４図に示すように並列の積層体１の加圧力を維持する
フレーム９の梁には各加圧ボルト６から受ける２点の荷
重点が存在している。梁は各点にかかる荷重に応じて梁
はたわみ変形をおこすが、一方の加重点で加圧ボルトに
よる荷重が偏るとその影響でもう一方の荷重点でたわみ
変形が増加し積層体１の加圧力が低下するという現象が
おこる。従来技術による加圧機構ではねじ締めにより発
生する軸方向の力を加圧力として利用する為、双方の加
圧ボルト６によって得る加圧力を同じにすることが困難
となる。すなわち、交互に加圧ボルト６を締めていった
としても前述で説明したように、一方の加圧ボルト６を
締めつける度に他方の加圧力を低下せしめる為である。
また加圧力を加圧ボルト６の締付けトルク値で管理する
場合、加圧ボルト６と押え板８の嵌合部の摩擦力が嵌合
状態により変化するためにトルク値にばらつきが生じて
加圧力を正確に確認するとこが困難である。加圧力が少
ない場合素子の性能を低下させまた加圧力が大きいと素
子、その他の積層体部品を破滅させることになるために
正確な圧力管理が必要となる。

特に積層体１の積層数が増加すれば、その重量も増加し
最下部の素子には加圧機構４から加わる加圧力に加えて
積層体１の重量がかかる為、その分だけ加圧力の誤差の
許容範囲が狭められることになる。このように、加圧力
を維持するフレームを共有する場合、いかにして加圧力
の誤差を抑えて所定の圧接力を得るかが大きな問題とな
る。

第６図は積層体１を積上げ組立てする際の問題を説明す
る図である。積層体１の積み上げ高さが2mにも及ぶよう
な場合素子２やヒートシンク３等の積層体１を構成する
部品の接触面の平行度、及び押え板８、スタック受板1
8、フレーム９の製作精度の関係でどうしても加圧軸13
と積層軸14とが一致せずずれ差εを生じたり、積層体１
自体が湾曲したりする。この状態で無理に加圧を実施す
ると素子２の接触面に於ける加圧力分布に偏りを生じる
いわゆる“偏当り”となって素子２の性能を低下させる
ばかりでなく、不安定な状態で加圧する為に積層体１が
崩れ飛ぶ危険があった。

第７図は積層体１を構成するヒートシンク３として、第
８図のうなフレキ導体15で二連一体とするヒートシンク
３でスタックを構成した図である。

主回路上、導体を兼ねるヒートシンク３は相対するヒー
トシンク３間が電気的に接続される場合があり第８図の
ようなフレキ導体で二連一体とするヒートシンク３を使
用する。通常素子２やヒートシンク３は厚みの精度にば
らつきがあり、素子２とヒートシンク３を積み上げてい
った際、第９図に示すように、ある積層部に於いて、レ
ベル差αを生じ、これを吸収する為にヒートシンク３の
間をつなぐ導体にはフレキ性が必要となる。この場合、
フレキ導体15は上下のレベル差を吸収するかわりに、双
方で引っぱり合って積層軸間の距離を縮めることにな
り、加圧軸と積層軸がずれてやはり偏当りや積層体１の
崩れ飛びの危険があった。

以上が第２の問題である。

第５図は第４図の加圧装置４の部分詳細を示す図で従来
技術による加圧方法については説明した通りである。こ
こで加圧力維持の為部品の１つである皿ばね５は皿ばね
受け12の中にパックし座25を介し加圧ボルト６から加圧
力を受ける構造となっているが、前述のように加圧軸と
積層軸がずれると加圧ボルト６で加圧を受ける点が座25
の中心点からずれて、加圧の際皿ばね５は加圧方向に圧
縮される箇所とあまり圧縮されない箇所が発生し座25が
顕著に傾き、積層軸の傾き、あるいは湾曲曲と相乗して
この部分が不安定となり飛び出し崩壊する危険が高く素
子偏当りの原因ともなっていた。従って、皿ばね５のス
タック中へ組み込み方法の改善が必要となっていた。こ
れが第３の問題である。

本考案は前述の従来例の難点を克服し、双方の積層体の
加圧力をバランスさせて正確に管理し、偏当りや崩壊の
危険のない平型半導体スタックの構成を提供することを
目的とする。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 前述した問題点を解決するために第１図に示すように各
積層体１に対し各々独立の押え板８を設置し押え板８に
は積層体に沿った貫通穴20を設け自在に積層方向に可動
し得る加圧ロッド16を挿入しさらに加圧ロッド16にロッ
クナット７がねじて嵌合されるようにして加圧機構を構
成し、該加圧機構は加圧機構に対する垂直平面内に於い
て取付位置調整19がし得る。

また、スタック受け板18に積層体に沿った貫通穴20を設
け、該貫通穴に挿入し積層方向に自在に可動しかつ皿ば
ね５を装着した皿ばねロッド20を設けて構成する。

（作用） 第３図に示すように加圧は加圧シリンダ23により行い双
方の積層体１を同時に加圧する。積層軸と課あ軸がずれ
ている場合、押え板８を動かして加圧軸を積層軸に一致
させて加圧を行う。皿ばねロッド17は皿ばね５を加圧方
向に圧縮させると同時に皿ばね５を串刺し式にガイド
し、自らはスタック受板18にガイドされて加圧方向に移
動する。加圧力は油圧ゲージ27で管理する。加圧後、加
圧ロッド16が皿ばね５の反力で押し戻されないように加
工ロツド16をロックナット７で固定する。

（実施例） 第１図〜第３図はそれぞれ本考案の半導体スタックの実
施例を示す図で第１図は正面図、第２図は第１図の××
矢視図、第３図は加圧装置４の部分詳細を示した図であ
る。

すべての図面において同一符号は同一もしくは相当部分
を表わす。押え板８を各積層体に対して独立に設置し積
層体の積層方向に沿った貫通穴20を設け、該貫通穴20に
挿入して積層方向に自在に可動し得る加圧ロッド16を設
け、該加圧ロッド16にねじ加工を施しロックナット７を
装着して加圧装置４を構成する。

加圧装置４は加圧方向に対する垂直平面内に於いて取付
位置を調整し得るよう押え板８とフレーム９に各々クロ
スの関係となるようにだ円穴21を設けδ程度の調整を可
能としている。

積層体１の両端に印加する電圧に対するフレーム９との
電気絶縁は積層体１の中に絶縁部材11を含めて構成する
ことにより実施している。スタック受板18には積層体１
に沿った貫通穴20を設け該貫通穴に挿入し積層方向に自
在に可動し、かつ皿ばね５を装着した皿ばねロッド17を
設けている。

このように構成された半導体スタックにおいて、次に作
用を説明する。

第３図に示すように、加圧は加圧治具28用いて実施す
る。

加圧治具28は、加圧装置26,油圧ゲージ27,油圧シリンダ
ー23,治具24から成り２本の加圧ロッド16を同時にかつ
同じ加圧力で加圧できる。油圧装置から送られた油圧に
よって積層体１を加圧するよう設置された油圧シリンダ
ー23のシリンダロッド29が移動し、加圧ロッド16を連動
させ積層体１を加圧する。積層軸と加圧軸がずれている
場合は、取付ボルト22をゆるめ、フレーム９と押え板８
のだ円穴21を利用して押え板８の取付位置を調整し、積
層軸に加圧軸が合うようにする。皿ばねロッド17は皿ば
ね５を加圧軸方向に圧縮させて加圧力を維持すると同時
に、皿ばね５を串刺し式にカイドし自らはスタック受板
18にガイドされて加圧方向に移動する。加圧力は油圧ゲ
ージ27で管理する。加圧後、加圧ロッド16が皿ばね５の
反力で押し戻されないよう加圧ロッド16に施したねじに
ロックナット７を装置し、ロックナット７を回転して押
え板８に密着させて固定しスタッキングを完了する。そ
の後、油圧装置26の油圧を下げて加圧治具24を取外す。

〔考案の効果〕

本考案によれば、双方の積層体を同時にかつ同じ加圧力
で加圧することにより、双方の加圧力のばらつきが防止
でき、また加圧ゲージにより加圧力が直読できる為、正
確な加圧力を得ることができる。

また、加圧軸とスタックの積層軸がずれていても加圧装
置部を移動調整できるため、偏当りが防止でき、又飛び
出し崩壊しにくくなり、さらに皿ばねロッドにより、従
来最も崩れ易かった部品が安定して完全な加圧が実施で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す図、第２図は第１図の×
×矢視図、第３図は第１図の加圧装置４の詳細図、第４
図は従来の装置を示す図、第５図は第４図の加圧装置の
詳細図、第６図は問題点を説明する図、第７図はもう１
つの問題点を説明する図、第８図は第７図のヒートシン
ク３の全体図、第９図は第７図の積層体の部分を説明す
る図である。 １……積層体、２……平型半導体素子 ３……ヒートシンク、４……加圧装置 ５……皿ばね、６……加圧ボルト ７……ロックナット、８……押え板 ９……枠フレーム、10,11……絶縁体 12……皿ばね受け、13……加圧軸 14……積層軸、15……フレキ導体 16……加圧ロッド、17……皿ばねロッド 18……スタック受板、19……取付調整方向 20……貫通穴、21……だ円穴 22……取付ボルト、23……油圧シリンダー 24……治具、25……座 26……油圧装置、27……油圧ゲージ 28……加圧治具、29……シリンダロッド

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】平型半導体素子及びヒートシンクを複数個
   積層させた積層体とこの積層体を並列にして両端から圧
   接し保持するためのフレームを構成し該フレームと前記
   積層体との間に皿ばね、加圧ロッド、及び押え板等から
   構成される加圧装置で締付一体形成される半導体スタッ
   クにおいて前記押え板を各積層体に対して独立に設置し
   積層体の積層方向に沿った貫通穴を設け、該貫通穴に挿
   入し積層方向に自在に可動し得る加圧ロッドを設け、該
   加圧ロッドにロックナットを装着して加圧機構を構成
   し、かつ該押え板は、加圧方向に対する垂直平面内に於
   て取付位置を調整し得ることを特徴とする半導体スタッ
   ク。
2. 【請求項２】スタック受板に積層体に沿った貫通穴を設
   け該貫通穴に挿入し積層方向に自在に可動し、かつ皿ば
   ねを装着した皿ばねロッドを設けたことを特徴とする請
   求項一記載の半導体スタック。