JPH0992782A - 半導体素子交換治具および半導体素子交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置故障時、半導体モジュールあるい
は半導体スタックを地上まで降すことなく、新しい半導
体素子に交換でき、また高所での作業性を高め、さらに
点検保守に必要な空間を小さくできる半導体素子交換治
具および半導体素子交換方法を得ることが課題である。 【解決手段】 懸架治具１５を使用して、半導体スタッ
ク２０を構成する半導体素子１１および冷却フィン１２
のそれぞれをスタックボルト１に懸架させ、その後半導
体素子１１のうち交換する半導体素子１１を懸架してい
る懸架治具１５をスタックボルト１を支点にして回動さ
せ突出させ、新たな半導体素子１１に交換後、もとの位
置に戻し半導体素子１１を交換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流送電や無効
電力補償装置のような高電圧の電力を移送・調整する半
導体装置である高圧半導体変換装置に係り、特にスタッ
ク型半導体装置の半導体素子の交換を容易にするための
半導体装置の構造および半導体素子交換治具に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、主として電力系統の一部
を担うため、事故が発生したときの停電時間や点検時の
停電時間が短いこと、すなわち復旧時間が短いことが望
まれている。また、近年半導体装置の大容量化に伴い半
導体素子が大型化し、部品単位あるいはユニット単位で
重量が増加し、半導体素子の交換作業が難しくなって来
たが、このような状況下においても、安全に作業を行う
ことができ、且つ復旧速度が早いことが望まれている。

【０００３】図１２は従来の半導体モジュールの正面図
である。また図１３は特開平６−３４３２６７号公報に
示された従来の半導体装置の構成を示す図である。半導
体装置は保守を容易にするために、電圧単位に構成され
たモジュール６０を互いに相互絶縁し、複数段積み重ね
て構成されている。

【０００４】１個のモジュール６０は、箱状の筐体を有
し、筐体内部には、半導体スタック５０が配設されてい
る。半導体スタック５０は、概略円盤状の半導体素子１
１と冷却フィン１２とが軸方向に交互に複数個直列に配
列されて構成されている。半導体スタック５０の両端に
は絶縁スペーサ１０が配置され、絶縁スペーサ１０のさ
らに外側に皿ばね９が配置され、皿ばね９のさらに外側
にクランパ２が配置されている。そして両端のクランパ
２，２を貫通するスタックボルト１により、クランパ
２，２間が締め付けられ、半導体スタック５０を構成す
る半導体素子１１と冷却フィン１２とが互いに密着され
ている。

【０００５】筐体内部には、他に半導体素子１１に電気
的に並列に接続されたコンデンサ５４、抵抗からなるＲ
−Ｃ保護回路５３、およびアノードリアクトル５２等の
付属回路が配設されている。Ｒ−Ｃ保護回路５３とアノ
ードリアクトル５２は、水冷式であって、さらに筐体内
には、アノードリアクトル５２、抵抗５３および冷却フ
ィン１２に冷却媒体を供給するための供給配管５５も収
納されている。供給配管５５は所用の絶縁を確保するた
め例えばテフロン等の電気的絶縁された配管が用いられ
ている。

【０００６】図１３において、半導体装置の故障時に
は、半導体モジュール６０を半導体装置から専用つり具
６１を使用して地上までおろす。そして点検室に半導体
モジュール６０を持ち込み、故障している半導体素子を
新しいものに替えたのち、再度組立直し、専用つり具を
６１使って吊り上げ、所定の位置に戻していた。また場
合によっては、半導体スタック５０を半導体モジュール
６０から取り外して地上までおろし、新しい半導体素子
に交換したのち、組立直し再び吊り上げていた。

【０００７】従来はこのように、半導体装置故障時は半
導体モジュール６０あるいは半導体スタック５０を地上
まで降ろし、故障している半導体素子を新しいものに替
えたのち、再度組立て直し、所定の位置に戻す作業を行
っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体装置
において、変換容量の大容量化および半導体素子の大口
径化にともない、半導体モジュール６０の重量は４００
ｋｇ〜６００ｋｇになり、また半導体スタック５０の重
量は１００〜１５０ｋｇに達している。また半導体装置
の高さも高くなり、地上から７ｍ〜１１ｍの高さになっ
てきた。従来の半導体素子交換方法では、半導体モジュ
ール６０あるいは半導体スタック５０の重量が増加し、
専用つり具が大型になってしまい、さらに高所での作業
は作業性が悪く、点検保守作業に時間を要し復旧時間が
長くなるという問題点があった。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、半導体スタックを故障した半
導体素子のみ交換できる構造とするとともに、コンパク
トで軽量な半導体素子交換治具を用意し、半導体装置故
障時、半導体モジュールあるいは半導体スタックを地上
まで降すことなく、新しい半導体素子に交換でき、また
高所での作業性を高め、さらに点検保守に必要な空間を
小さくできる半導体素子交換治具および半導体素子交換
方法を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体素子交
換治具においては、互いに平行な一対のスタックボルト
の両端に固定された一対の固定板間に配設された外部か
ら間接又は直接与えられた光又は電気信号により電流を
ON/OFFさせる半導体素子と通電時に半導体素子で発生す
る熱を外部に放熱する冷却フィンとを交互に積層してな
る半導体スタックが一対の固定板の一側の固定板側から
他側の固定板側に加圧されて互いに密接状態で収容され
てなる半導体装置の半導体素子交換治具であって、スタ
ックボルトに着脱可能に嵌着される第１の嵌合部と、半
導体素子もしくは冷却フィンに着脱可能に嵌着される第
２の嵌合部と、第１の嵌合部と第２の嵌合部とを連結す
る連結腕とを備えた懸架治具を備えている。

【００１１】請求項２の半導体素子交換治具において
は、一対の固定板間に半導体スタックと平行に掛け渡さ
れた仮設ボルトを備え、懸架治具の第１の嵌合部は、仮
設ボルトに着脱可能に嵌着される。

【００１２】請求項３の半導体素子交換治具において
は、交換する半導体素子の一側の半導体素子および冷却
フィンの群を一側の固定板に、他側の半導体素子および
冷却フィンの群を他側の固定板にそれぞれ一体に緊締す
る緊締バンドと、スタックボルトから懸垂され固定板に
一体に緊締された半導体素子および冷却フィンの群を吊
支する吊支治具とを備えている。

【００１３】請求項４の半導体素子交換治具において
は、懸架治具はテフロン系の材料あるいは繊維強化プラ
スチックで作製されている。

【００１４】請求項５の半導体素子交換治具において
は、緊締バンドは、環状であり、環の途中に設けられた
リンク機構を用いて環の大きさが縮められ、半導体素子
および冷却フィンの群を固定板に一体に緊締する。

【００１５】請求項６の半導体素子交換治具において
は、緊締バンドは、環状であり、環の途中に設けられた
ネジ機構を用いて環の大きさが縮められ、半導体素子お
よび冷却フィンの群を固定板に一体に緊締する。

【００１６】請求項７の半導体素子交換方法において
は、互いに平行な一対のスタックボルトの両端に固定さ
れた一対の固定板間に配設された外部から間接又は直接
与えられた光又は電気信号により電流をON/OFFさせる半
導体素子と通電時に半導体素子で発生する熱を外部に放
熱する冷却フィンとを交互に積層してなる半導体スタッ
クが一対の固定板の一側の固定板側から他側の固定板側
に加圧されて互いに密接状態で収容されてなる半導体装
置の半導体素子交換方法であって、スタックボルトに着
脱可能に嵌着される第１の嵌合部と半導体素子もしくは
冷却フィンに着脱可能に嵌着される第２の嵌合部とが連
結腕により連結されてなる懸架治具の第１の嵌合部をス
タックボルトに嵌合させ、第２の嵌合部を半導体素子も
しくは冷却フィンに嵌合させて、半導体スタックを構成
する半導体素子および冷却フィンのそれぞれをスタック
ボルトに懸架させる工程と、一対の固定板の一側の固定
板側から他側の固定板側への加圧を解除して半導体素子
と冷却フィンとの密接状態を解除する工程と、半導体素
子のうち交換する半導体素子を懸架している懸架治具を
スタックボルトを支点にして回動させ交換する半導体素
子を抜き出し、さらに第２の嵌合部から交換する半導体
素子を外す工程と、新たな半導体素子を第２の嵌合部に
嵌合させ、新たな半導体素子を外された半導体素子の位
置に位置するようにスタックボルトを支点にして回動さ
せる工程と、一対の固定板の一側の固定板側から他側の
固定板側に加圧して積層された半導体素子と冷却フィン
とを密接させる工程と、半導体スタックを構成する半導
体素子および冷却フィンのそれぞれをスタックボルトに
懸架させている懸架治具を取り外す工程とを備えてい
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の半導体素子交換治具を半
導体スタックに取り付けた様子を示す図である。図２は
半導体素子を交換する様子を示す図である。また図３は
半導体スタックの押圧機構を示す図である。図におい
て、外部から間接又は直接与えられた光又は電気信号に
より電流をON/OFFさせる概略円盤状の半導体素子１１
と、通電時に半導体素子１１で発生する熱を外部に放熱
する同じく概略円盤状の冷却フィン１２とを、互いに密
接させて交互に積層してなる半導体スタック２０の積層
方向の両端部には、一対の細長板状の固定板である第１
のクランパ２と第２のクランパ３が対向して配設されて
いる。

【００１８】一対をなす棒状のスタックボルト１が半導
体スタック２０を挟んで互いに平行に半導体スタック２
０の積層方向に配設されている。スタックボルト１の両
端部には、第１のクランパ２と第２のクランパ３とが、
両端に穿設された穴にスタットボルト１を挿入されて図
示しないボルトで締結されて固定されている。

【００１９】半導体スタック２０の一端と第１のクラン
パ２との間には、絶縁材料で作製された第１の絶縁スペ
ーサ１０が配設されている。また半導体スタック２０の
他端と第２のクランパ３との間には、第１の絶縁スペー
サ１０と対をなす第２の絶縁スペーサ６が配設されてい
る。

【００２０】第２のクランパ３と第２の絶縁スペーサ６
との間には細長板状の加圧板であるセンタープレート４
が配設されている。センタープレート４は両端に穿設さ
れた穴４ａにスタックボルト１を貫通されて、スタック
ボルト１に沿って半導体スタック２０の積層方向に移動
可能に配設されている。

【００２１】センタープレート４は、第２のクランパ３
側の主面の中央部に直角に突設した円筒状の突起４ｂを
備え、突起４ｂを第２のクランパ３の中心にあけられた
穴３ａに貫通されている。リング状のバネ部材である皿
ばね８が、突起４ｂに挿入されて配置され、センタープ
レート４と第２のクランパ３との間に縮設されている。

【００２２】センタープレート４の突起４ｂは中心部に
軸に沿って雌ねじ４ｃが刻設されている。雌ねじ４ｃに
は、頭部に握り５ａを備え軸部に雄ねじ５ｂを形成した
加圧ボルトであるセンターボルト５が、その先端を絶縁
スペーサ６方向に向けて、雄ねじ５ｂを雌ねじ４ｃに螺
着させて、センタープレート４を貫通して配置されてい
る。センターボルト５の軸部は、第２のクランパ３を貫
通して外側まで延び、軸部の後端に設けられた握り５ａ
は、第２のクランパ３の外側に位置している。またセン
ターボルト５の先端は、凹の球面状に形成されている。
絶縁スペーサ６は中央部に球状の球面座７を回転可能に
備え、センターボルト５の先端は球面座７に当接してい
る。センターボルト５は皿ばね８の復元力で絶縁スペー
サ６を図１の左方向に押圧している。

【００２３】半導体スタック２０の反対側において、第
１のクランパ２と第１の絶縁スペーサ１０との間には、
皿ばね９が縮設され、第１の絶縁スペーサ１０を第１の
クランパ２から図１の右方向に押圧している。

【００２４】複数の半導体素子１１と複数の冷却フィン
１２とは、皿ばね８、９の復元力によって両者が互いに
密着するような圧接力を負荷されている。また球座面５
によって、半導体素子１１に与えられる圧接力は均一に
なっている。

【００２５】センターボルト５を反時計回りに回してゆ
るめるとセンタープレート４は、図３の左方向に移動
し、相対的にセンターボルト５はセンタープレート４か
ら突出する長さを短くし、ついには皿ばね８の復元力を
絶縁スペーサ６に伝達しなくなる。さらにセンターボル
ト５をゆるめると、センターボルト５は図３の右方向に
移動し、センターボルト５の先端は、球座面７から完全
に離間し、複数の半導体素子１１と複数の冷却フィン１
２とは、圧接力から解除される。センターボルト５とセ
ンタープレート４は、皿ばね８および皿ばね９の復元力
を、半導体スタック２０に負荷したり解除したりする押
圧機構を構成している。

【００２６】図１は詳細には、半導体素子１１を交換す
る際に、半導体素子１１、冷却フィン１２、および絶縁
スペーサ６、１０に、半導体素子交換治具の懸架治具１
５、１６、１７が取り付けられた状態を示す図である。
電気的に絶縁性の優れた繊維強化プラスチックでつくら
れた懸架治具１５は、スタックボルト１に嵌着し得るＣ
字型の第１の嵌合部１５ａと、半導体素子１１に嵌着し
得るＣ字型の第２の嵌合部１５ｂと、第１の嵌合部１５
ａおよび第２の嵌合部１５ｂとを連結する連結腕１５ｃ
を備えた板状の部材である。

【００２７】第１および第２の嵌合部１５ａ，１５ｂは
弾性力を有し、スタックボルト１および半導体素子１１
に嵌着することができ脱着可能である。そして懸架治具
１５はスタックボルト１から半導体素子１１を懸架する
ことができる。Ｃ字型の嵌合部１５ａの内側には、図示
しないコーティング材料が塗着されており、懸架治具１
５は、第１の嵌合部１５ａをスタックボルト１に嵌着し
た状態で、スタックボルト１の軸に沿って摺動可能で、
また軸を支点にして回動可能である。尚、懸架治具１
６、１７は、第２の嵌着部が冷却フィン１２、および絶
縁スペーサ６、１０に嵌着し得るように形成されている
ことを除いて懸架治具１５と同様の形状をしている。そ
して懸架治具１６、１７は、冷却フィン１２、および絶
縁スペーサ６、１０をスタックボルト１から懸架するこ
とができる。本実施の形態では、懸架治具１５、１６、
１７は半導体素子交換治具を構成している。

【００２８】このような半導体素子交換治具を使用し
て、故障した半導体素子１１を交換するには、まず半導
体素子１１、冷却フィン１２、絶縁スペーサ６、１０の
すべてにそれぞれ懸架治具１５，１６，１７を嵌着し
て、それぞれをスタックボルト１から懸架させる。

【００２９】次にセンターボルト５を反時計回りに回転
させ、センターボルト５を球座面７から離間させ、半導
体素子１１と冷却フィン１２を分離可能な状態にする。
半導体素子１１の主面には、位置決めの為に図示しない
センターピンが立設されており、そのセンターピンは冷
却フィン１２の主面に設けられた図示しないピン穴に挿
入されているが、交換する半導体素子１１のセンターピ
ンが両脇の冷却フィンのピン穴から完全に抜けるよう
に、さらにセンターボルト５をゆるめた状態で、半導体
素子１１と冷却フィン１２の間の隙間Ａに所定の棒状の
工具等を挿入し、工具をてことして使用し隙間Ａを広げ
る。

【００３０】その後交換する半導体素子１１を懸架した
懸架治具１５をスタックボルト１を支点に回動させる
と、交換する半導体素子１１が半導体スタック２０の列
からスライドして手前に突出する。この状態で懸架治具
１５から半導体素子１１を取り外す。尚、このとき、正
常な半導体素子１１および冷却フィン１２は懸架治具１
５，１６，１７で、スタックボルト６から懸架されてい
るため、落下することはない。

【００３１】懸架治具１５に正常な半導体素子１１を嵌
着させ、懸架治具１５を取り外しと反対の方向に回動さ
せると、正常な半導体素子１１が取り外された半導体素
子１１の位置にセットされる。その後、センターボルト
５を時計回りに回転させると冷却フィン１２と半導体素
子１１が再び密着する。さらにセンターボルト５を回転
させ所定の位置まで戻すと冷却フィン１２と半導体素子
１１に元の圧接力が回復する。最後に、取り付けられて
いた懸架治具１５，１６，１７を外す。

【００３２】このように、本発明における半導体素子交
換治具を使用して半導体素子１１を交換することによ
り、半導体装置故障時、半導体モジュール６０あるいは
半導体スタック２０を地上まで降すことなく、その位置
で故障した半導体素子１１のみ交換できる。また懸架治
具１５，１６，１７はコンパクトで軽量なため、高所で
の作業性を高める。さらに、専用つり具６１が不要とな
り、点検保守に必要な空間を小さくでき、結果として半
導体装置の大きさを小さくすることができる。尚、本実
施の形態では、懸架治具１５は繊維強化プラスチックで
作成されているが、ＰＴＦＥのようなテフロン系の材料
を用いてもよい。

【００３３】実施の形態２．図４は本発明の半導体素子
交換治具の他の例を半導体スタックに取り付けた様子を
示す図である。本実施の形態においては、半導体素子１
１交換時に、両第１のクランパ２，３に仮設ボルト２４
が掛け渡されて取り付けられる。仮設ボルト２４は、先
端がＬ字状に屈曲した一対の細長板である支持部材２４
ｂの先端の屈曲部に両端を固定されている。仮設ボルト
２４は、支持部材２４ｂをクランパ２，３に固定されて
クランパ２，３に取り付けられている。両支持部材２４
ｂは主面に２個の小穴を備え、その小穴に挿入されたボ
ルト２４ｃを、クランパ２，３の側面に形成された図示
しないねじ穴に締結されて、クランパ２，３に固定され
る。仮設ボルト２４が両クランパ２，３に掛け渡されて
取り付けられたとき、仮設ボルト２４は半導体スタック
２０と平行に位置されている。

【００３４】懸架治具２５は、仮設ボルト２４に嵌着し
得るＣ字型の第１の嵌合部２５ａと、半導体素子１１に
嵌着し得るＣ字型の第２の嵌合部２５ｂと、第１の嵌合
部２５ａおよび第２の嵌合部２５ｂとを連結する連結腕
２５ｃを備えた板状の部材である。懸架治具２５は、ス
タックボルト１に緩衝せずに、仮設ボルト２４および半
導体素子１１に嵌着させることができる。尚、懸架治具
２６、２７は、第２の嵌着部が冷却フィン１２、および
絶縁スペーサ６、１０を嵌着し得るように形成されてい
ることを除いて懸架治具２５と同様の形状をしている。
本実施の形態では、懸架治具２５、２６、２７と仮設ボ
ルト２４は半導体素子交換治具を構成している。

【００３５】このような半導体交換治具を用いて、故障
した半導体素子１１を交換するには、まず両第１のクラ
ンパ２，３に仮設ボルト２４を掛け渡して設置し、次に
半導体素子１１、冷却フィン１２、絶縁スペーサ６、１
０のすべてにそれぞれ懸架治具２５，２６，２７を嵌着
して、仮設ボルト２４から懸架させる。

【００３６】その後、実施の形態１と同じように、セン
ターボルト５を反時計回りに回転させ圧接力を解除した
後、交換する半導体素子１１とその両脇の冷却フィン１
２との間の隙間を広げる。

【００３７】懸架治具２５を回動させ、交換する半導体
素子１１を半導体スタック２０の列からスライドさせて
手前に突出させる。この状態で懸架治具２５から半導体
素子１１を取り外す。尚、このとき、懸架治具２５の回
動半径が大きいため、半導体素子１１を懸架治具２５か
ら取り外す作業の際、半導体素子１１の位置が半導体ス
タック２０の前面の低い位置となる為、交換作業が容易
になる。

【００３８】その後、懸架治具２５に正常な半導体素子
１１が嵌着され、半導体スタック２０の正規の位置にセ
ットされる。その後、センターボルト５を時計回りに回
転させる。最後に、取り付けられていた懸架治具２５，
２６，２７を外す。

【００３９】このような構成の半導体交換治具を使用し
た半導体素子１１の交換方法においては、半導体素子１
１の交換作業を半導体スタック２０の前面の低い位置で
行えるため、交換作業が容易になるとともに、スタック
ボルト１を半導体素子１１等を懸架することに使用しな
い為、絶縁性能が要求されるスタックボルト１の損傷を
防止することが可能となる。

【００４０】実施の形態３．図５は本発明の半導体素子
交換治具の他の例を半導体スタックに取り付けた様子を
示す図である。図６は緊締バンドの引張力調整機構の図
である。図７は図６の上面図である。図８は緊締バンド
を縮めた状態を示す図である。本実施の形態において
は、第１のクランパ２，３の両側面には図示しない２個
のピン穴が設けられている。また各冷却フィン１３の両
側面にもピン穴が設けられている。

【００４１】本実施の形態の半導体素子の交換方法にお
いては、まず第１のクランパ２および第２のクランパ３
の側面のピン穴にピン１８が挿入されて立設される。図
に示さないが図の裏面側においても同じ様にピン１８が
立設される。また交換する半導体素子１１の両隣の冷却
フィン１３の両側面においてもピン穴にピン１８が挿入
されて立設される。

【００４２】次に、第２のクランパ３のピン１８と冷却
フィン１３のピン１８との間に引張力調整機構を有する
金属製の緊締バンド１９を取り付け、引張力調整機構を
使用し緊締バンド１９に引張力が作用するように調整
し、冷却フィン１３、半導体素子１１、絶縁スペーサ
３、および第２のクランパ３を一体に緊締する。図に示
さないが図の裏面側においても同じ様に一体に緊締す
る。

【００４３】図に示されるように、緊締バンド１９のバ
ンド１９ａの一端は２枚の板よりなるガイドプレート１
９ｂに固定され、バンド１９ａの他端はスライドピン１
９ｃを介してガイドプレート１９ｂに取付けられてい
る。バンド１９ａは両端をガイドプレート１９ｂとスラ
イドピン１９ｃで連結されて環を形成している。スライ
ドピン１９ｃは２枚のガイドプレート１９ｂの主面に設
けられた湾曲した細長穴であるスリット１９ｄ内に両端
を挿入し、中央部にバンド１９ａの一端を固定してい
る。スライドピン１９ｃはスリット１９ｄ内を移動可能
である。ガイドプレート１９ｂとスライドピン１９ｃ
は、バンド１９ａに引張力を発生させる引張力調整機構
を構成している。バンド１９ａの両端すなわち引張力調
整機構の両脇のバンド１９ａを両手で持ちバンド１９ａ
の環を縮めるように引っ張ってスライドピン１９ｃをス
リット１９ｄ内を移動させ、スライドピン１９ｃをスリ
ット１９ｄ内の奥の端に位置させ、緊締バンド１９の絶
対長さを短くし、それにより緊締バンド１９に引張力を
発生させる。

【００４４】交換する半導体素子１１の反対側において
も、第１のクランパ２のガイドピン１８と冷却フィン１
３のガイドピン１８との間に緊締バンド１９を取り付け
る。そして冷却フィン１３、半導体素子１１、絶縁スペ
ーサ６、および第１のクランパ２を一体に緊締する。図
に示さないが図の裏面側においても同じ様に一体に緊締
する。

【００４５】尚、緊締バンド１９は緊締する半導体素子
１１および冷却フィン１３の数にしたがって数種類の長
さのものが用意されおり、交換する半導体素子１１の位
置により、適当な緊締バンド１９が選択して使用され
る。

【００４６】その後、実施の形態１と同様の懸架治具１
５を使用して、交換する半導体素子１１をスタックボル
ト１から懸架し、また、吊支治具２８を用い、緊締バン
ド１９で一体に緊締した冷却フィン１３や半導体素子１
１をスタックボルト１から吊支する。吊支治具２８は、
概略くの字型をした板状の部材で、両端に緊締バンド１
９に掛ける鉤状の係合部２８ａを有している。吊支治具
２８は、くの字型の屈曲部でスタックボルト１をまた
ぎ、両端の係合部２８ａで緊締バンド１９を吊り上げる
ことにより、一体に緊締された冷却フィン１３や半導体
素子１１をスタックボルト１から吊支する。

【００４７】その後、センターボルト５を反時計回りに
回転させて半導体素子１１の圧接力を開放し、交換する
半導体素子１１の両脇の隙間を大きくし、交換対象の半
導体素子１１のみをスタックから取り外し交換する。交
換後センターボルト５を時計回りにまわすことにより、
半導体素子の圧接力が回復する。本実施の形態では、懸
架治具１５、緊締バンド１９、吊支治具２８は半導体素
子交換治具を構成している。

【００４８】このような半導体素子交換治具を使用して
故障した半導体素子１１を交換する方法においては、ま
ず交換対象の半導体素子１１以外の半導体素子１１、冷
却フィン１３、絶縁スペーサ６，１０を緊締バンド１９
で一括支持することにより、治具取付け時間を短縮する
ことができ、作業能率を上げる。

【００４９】本実施の形態において、引張力調整機能を
有する緊締バンド１９が金属製の場合を説明したが、絶
縁物の緊締バンドを用いても良い。さらに、ガイドピン
１８とを緊締バンドとが一体化したものを用いても良
い。

【００５０】実施の形態４．図９は緊締バンドの他の例
を示す図である。本実施の形態は、緊締バンド２０の引
張力調整機構にネジ構造を利用した例である。緊締バン
ド２０のバンド２０ａの一端にはＬ字部材２０ｂの一端
が取付られている。バンド２０ａの他端にはねじ棒２０
ｃが取付られている。ねじ棒２０ｃは、Ｌ字部材２０ｂ
の他端のフランジ部に穿設された穴を貫通し、ねじ棒２
０ｃに螺合された調整ナット２０ｄで止められている。

【００５１】調整ナット２０ｄをしめると、緊締バンド
２０の環が縮まり、ゆるめると緊締バンド２０の環が広
がる。この緊締バンド２０を使用して冷却フィン１３、
半導体素子１１、絶縁スペーサ６あるいは絶縁スペーサ
１０、および第１のクランパ２あるいは第２のクランパ
３が一体に緊締される。その他については実施の形態３
と同様である。

【００５２】このような半導体素子交換治具を使用して
故障した半導体素子１１を交換する方法においては、緊
締が確実となり作業が安全である。

【００５３】実施の形態５．図１０，図１１は緊締バン
ドの他の例を示す図である。図において、緊締バンド２
１は、絶縁物または鋼板の環状のバンドである。緊締バ
ンド２１は、若干の弾性を備え、図１０に示すように、
緊締バンド２１を油圧ユニット２２等で引き伸ばした状
態で、第１のクランパ２と冷却フィン１３に設けたガイ
ドピン１８，１８間に取り付けられる。その後油圧を解
除することにより、緊締バンド２１に復元力が働き、半
導体素子１１、冷却フィン１３、絶縁スペーサ１０を一
体に緊締することができる。同じ方法で他の３箇所にお
いても緊締バンド２１を取り付ける。その他については
実施の形態３と同様である。

【００５４】また図１１に示すように、自然長さの状態
で、第１のクランパ２と冷却フィン１３の間に設けたガ
イドピン１８，１８間に取り付け、さらに半導体素子１
１の直列方向と直交する方向に、油圧ユニット２３の動
作方向を一致させて油圧ユニット２３を設置し、油圧を
作用させることにより、緊締バンド２１に引張力が発生
し半導体素子１１、冷却フィン１３、絶縁スペーサ１０
を一体に緊締することができる。同じ方法で他の３箇所
においても緊締バンド２１を取り付ける。その他につい
ては実施の形態３と同様である。

【００５５】このような半導体素子交換治具を使用して
故障した半導体素子１１を交換する方法においては、緊
締バンド２１の構造を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体素子交換治具を半導体スタッ
クに取り付けた様子を示す図である。

【図２】 半導体素子を交換する様子を示す図である。

【図３】 半導体スタックの押圧機構を示す図である。

【図４】 本発明の半導体素子交換治具の他の例を半導
体スタックに取り付けた様子を示す図である。

【図５】 本発明の半導体素子交換治具の他の例を半導
体スタックに取り付けた様子を示す図である。

【図６】 緊締バンドの引張力調整機構の図である。

【図７】 図６の上面図である。

【図８】 緊締バンドを縮めた状態を示す図である。

【図９】 緊締バンドの他の例を示す図である。

【図１０】 緊締バンドの他の例を示す図である。

【図１１】 緊締バンドの他の例を示す図である。

【図１２】 従来の半導体モジュールの正面図である。

【図１３】 従来の半導体装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ スタックボルト、２，３ クランパ（固定板）、１
１ 半導体素子、１２冷却フィン、１５，２５ 懸架治
具、１５ａ，２５ａ 第１の嵌合部、１５ｂ，２５ｂ
第２の嵌合部、１５ｃ、２５ｃ 連結腕、１９，２０，
２１ 緊締バンド、２４ 仮設ボルト、２８ 吊支治
具。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な一対のスタックボルトの両
   端に固定された一対の固定板間に配設された外部から間
   接又は直接与えられた光又は電気信号により電流をON/O
   FFさせる半導体素子と通電時に該半導体素子で発生する
   熱を外部に放熱する冷却フィンとを交互に積層してなる
   半導体スタックが前記一対の固定板の一側の固定板側か
   ら他側の固定板側に加圧されて互いに密接状態で収容さ
   れてなる半導体装置の半導体素子交換治具であって、 前記スタックボルトに着脱可能に嵌着される第１の嵌合
   部と、前記半導体素子もしくは前記冷却フィンに着脱可
   能に嵌着される第２の嵌合部と、前記第１の嵌合部と前
   記第２の嵌合部とを連結する連結腕とを備えた懸架治具
   を備えた半導体素子交換治具。
2. 【請求項２】 前記一対の固定板間に前記半導体スタッ
   クと平行に掛け渡された仮設ボルトを備え、 前記懸架治具の第１の嵌合部は、前記仮設ボルトに着脱
   可能に嵌着される請求項１記載の半導体素子交換治具。
3. 【請求項３】 交換する半導体素子の一側の半導体素子
   および冷却フィンの群を一側の固定板に、他側の半導体
   素子および冷却フィンの群を他側の固定板にそれぞれ一
   体に緊締する緊締バンドと、 前記スタックボルトから懸垂され前記固定板に一体に緊
   締された前記半導体素子および冷却フィンの群を吊支す
   る吊支治具とを備えた請求項１記載の半導体素子交換治
   具。
4. 【請求項４】 前記懸架治具はテフロン系の材料あるい
   は繊維強化プラスチックで作製されている請求項１乃至
   請求項３のいずれかに記載の半導体素子交換治具。
5. 【請求項５】 前記緊締バンドは、環状であり、環の途
   中に設けられたリンク機構を用いて環の大きさが縮めら
   れ、前記半導体素子および冷却フィンの群を前記固定板
   に一体に緊締する請求項３記載の半導体素子交換治具。
6. 【請求項６】 前記緊締バンドは、環状であり、環の途
   中に設けられたネジ機構を用いて環の大きさが縮めら
   れ、前記半導体素子および冷却フィンの群を前記固定板
   に一体に緊締する請求項３記載の半導体素子交換治具。
7. 【請求項７】 互いに平行な一対のスタックボルトの両
   端に固定された一対の固定板間に配設された外部から間
   接又は直接与えられた光又は電気信号により電流をON/O
   FFさせる半導体素子と通電時に該半導体素子で発生する
   熱を外部に放熱する冷却フィンとを交互に積層してなる
   半導体スタックが前記一対の固定板の一側の固定板側か
   ら他側の固定板側に加圧されて互いに密接状態で収容さ
   れてなる半導体装置の半導体素子交換方法であって、 前記スタックボルトに着脱可能に嵌着される第１の嵌合
   部と前記半導体素子もしくは前記冷却フィンに着脱可能
   に嵌着される第２の嵌合部とが連結腕により連結されて
   なる懸架治具の第１の嵌合部を前記スタックボルトに嵌
   合させ、第２の嵌合部を前記半導体素子もしくは前記冷
   却フィンに嵌合させて、前記半導体スタックを構成する
   前記半導体素子および前記冷却フィンのそれぞれを前記
   スタックボルトに懸架させる工程と、 前記一対の固定板の一側の固定板側から他側の固定板側
   への加圧を解除して前記半導体素子と前記冷却フィンと
   の密接状態を解除する工程と、 前記半導体素子のうち交換する半導体素子を懸架してい
   る前記懸架治具を前記スタックボルトを支点にして回動
   させ該交換する半導体素子を抜き出し、さらに第２の嵌
   合部から該交換する半導体素子を外す工程と、 新たな半導体素子を第２の嵌合部に嵌合させ、該新たな
   半導体素子を外された前記半導体素子の位置に位置する
   ように前記スタックボルトを支点にして回動させる工程
   と、 前記一対の固定板の一側の固定板側から他側の固定板側
   に加圧して積層された前記半導体素子と前記冷却フィン
   とを密接させる工程と、 前記半導体スタックを構成する前記半導体素子および前
   記冷却フィンのそれぞれを前記スタックボルトに懸架さ
   せている前記懸架治具を取り外す工程とを備えたことを
   特徴とする半導体素子交換方法。