JPH11215804A

JPH11215804A - 平型半導体素子用スタック

Info

Publication number: JPH11215804A
Application number: JP10011663A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yano; 利行矢野; Masayuki Imura; 正幸伊村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: JP3410011B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、第１に積層体の圧接を人力で容易
に行い、第２の積層体に所要の圧接力を容易に且つ均等
に負荷することを目的とする。【解決手段】積層体に圧接力を負荷するボルトは、圧
接力の負荷を分担する複数のボルトで構成し、該複数の
ボルトを圧接支持体の中心から等距離に配設したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平型半導体素子と
冷却体を交互に積層した積層体に圧接力を加えてなる平
型半導体素子用スタックに係り、特に圧接負荷構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体変換装置は大容量化（高電圧化）
の傾向にあり、それに伴い多数個の平型半導体素子が用
いられるようになって来ている。半導体変換装置は複数
個の平型半導体素子と、その平型半導体素子を冷却する
ための冷却体としてのヒートシンクを交互に積層し弾性
的な押圧力を負荷する圧接負荷部、フレームとしての絶
縁バンド又はスタッドボルトと端板、バネ等から構成し
てなる平型半導体素子用スタック（以下、単にスタック
とも言う）を半導体変換装置の回路構成要素として多数
使用している。近年、特に設置場所、スペース等の制限
から益々半導体変換装置のコンパクト化が要求されてい
るが、半導体変換装置の大容量化（高電圧化、大電流
化）は、部品の大型化を招くばかりでなく用品間の絶縁
距離確保の点からコンパクト化とは相反する要因となっ
ている。

【０００３】以下、半導体変換装置に使用している従来
のスタック例を、図１２及び図１３を用いて説明する。
一般に、半導体変換装置は、モジュールと呼ばれるユニ
ットを複数台搭載して構成されている。図１２は、代表
的なモジュール内の回路を示している。モジュール３１
は、複数個の平型半導体素子３２及びその付属回路であ
るアノードリアクトル３４、分圧抵抗３５、スナバコン
デンサ３６及びスナバ抵抗３７を収納して構成されてお
り、破線の部分がスタック３０である。図１３は、スタ
ック３０の構成を示しており、同図（ａ）は正面図、同
図（ｂ）は側面図である。スタック３０は複数個の平型
半導体素子３２及びヒートシンク３３を交互に積層し、
さらにその両端に電気回路接続端子となる導体３８とそ
の外側に押さえ板３９を配置してなる積層体と、この積
層体の一方の端部に設けられるＵ字型ブロック４０から
なり、その開口側の中心に積層方向に移動可能にねじ込
まれた可動ボルト４１と、この可動ボルト４１に取付け
られたロックナット４２を備えた押さえブロック４３
と、この積層体の他方の端部に設けられるＵ字型ブロッ
ク４０からなり、その開口部の中心に積層方向に移動可
能にねじ込まれ且つさらばね４４が装着された可動ボル
ト４５を備えたブロックと、積層体と一対の押さえブロ
ックを取り囲む、例えばガラス繊維強化プラスチック絶
縁体からなる絶縁バンド４６とで構成されている。

【０００４】このように構成された平型半導体素子用ス
タック３０に弾性的な圧接力を保持させるため、図示し
ないプレス機により所定の圧接力を加える。その後、可
動ボルト４１を押さえ板３９に接触するまで下げ、ロッ
クナット４２がＵ字型ブロック４０の開口面に接触する
まで上げる。この状態では絶縁バンド４６により引張り
力が加わってないが、プレス機を取り去るとレーストラ
ック形状の絶縁バンド４６に圧接力の反力として引張り
力が加わる。つまり、圧接力を絶縁バンド４６の内側に
閉じ込めるような構造で絶縁バンド４６に圧接力の反力
としての引張り力が加わることになる。したがって、プ
レス機を取り去った時に加わる絶縁バンド４６の伸び分
を見込んで所定の押圧力を加えるか、或いは絶縁バンド
４６の引張り力が圧接力の反力になるまで可動ボルト４
１を押し下げる必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、サイリスタ素子
等の平型半導体素子は、その大容量化に伴って直径が大
きくなり、積層体を構成したときの素子への圧接力が増
大している。したがって、圧接後の力を保持するための
ボルトも大径化しスパナ等の工具も大きいものを使用す
ることからネジの回転角度が思うようにとれず、締め込
むことが困難になってきている。また、スタックが大型
になり従来のプレス機で圧接するのが困難になってきて
いる。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
第１に積層体の圧接を人力で容易に行うことができ、第
２に積層体に所要の圧接力を容易に且つ均等に負荷する
ことができ、第３に平型半導体素子に過大な圧接力が負
荷されるのを防止することができ、第４に組み立て容易
性を有する平型半導体素子用スタックを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、複数個の平型半導体素子と
冷却体とを交互に積層した積層体の両端の少なくとも一
方に圧接支持体を配置し、この圧接支持体に設けたボル
トを介して前記積層体に圧接力を負荷し、フレームでそ
の圧接力を保持する平型半導体素子用スタックにおい
て、前記ボルトは、前記圧接力の負荷を分担する複数の
ボルトで構成し、該複数のボルトを前記圧接支持体の中
心から等距離に配設してなることを要旨とする。この構
成により、積層体に負荷される圧接力が複数のボルトに
均等に分担され、ボルト１本当たりの荷重が小さくな
る。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記圧接支持体
と前記積層体の間に凹凸１対の球面座を配設し、さらに
前記圧接支持体と前記凹凸１対の球面座との間に加圧円
板を配設し、該加圧円板に前記複数のボルトをねじ込む
ように構成してなることを要旨とする。この構成によ
り、加圧円板は、複数のボルトに対し共通のナットとし
て機能する。少量ずつの各ボルトの締め込みを繰り返
し、この締め込みで各ボルトの締め込み量に多少の差が
生じても凹凸１対の球面座でこれが吸収されて、所要の
圧接力で積層体を均等に圧接することが可能となる。圧
接できる荷重は、ボルト１本を締め付けられる最大の力
×ボルトの本数まで可能となる。

【０００９】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記圧接支持体
と前記積層体の間に金属円板又は絶縁円板の何れかを配
設し、さらに前記圧接支持体と前記金属円板又は絶縁円
板の何れかとの間に加圧円板を配設し、該加圧円板に前
記複数のボルトをねじ込むように構成してなることを要
旨とする。この構成により、凹凸１対の球面座に代えて
金属円板又は絶縁円板の何れかを用いても、上記請求項
２記載の発明の作用と略同様の作用が得られる。

【００１０】請求項４記載の発明は、上記請求項２又は
３記載の平型半導体素子用スタックにおいて、前記複数
のボルトは前記圧接支持体を貫通し、前記複数のボルト
１本毎に前記圧接支持体と前記加圧円板との間に弾性部
材を縮設してなることを要旨とする。この構成により、
各ボルトを締め込むことで弾性部材が圧縮され、その反
力が圧接力となって積層体に均等に負荷される。

【００１１】請求項５記載の発明は、上記請求項４記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記加圧円板の
中心に円筒を取付け、該円筒を前記圧接支持体の中心部
に設けた孔から外部に突出させ、前記円筒内を移動自在
に貫通する丸棒を前記球面座の凹側に取付け、前記円筒
端部から前記丸棒を突出させてなることを要旨とする。
この構成により、丸棒と円筒が上下する変異の差で圧接
力が検出され、丸棒が円筒の中心に位置しているか否か
で各ボルトが均等に締め込まれているかどうかがわか
る。

【００１２】請求項６記載の発明は、上記請求項２記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記１対の球面
座の接触部分の形状をドーナツ状としてなることを要旨
とする。この構成により、複数のボルトを締め込んだと
きの圧接力は荷重点から広がる。荷重点がドーナツ状と
なることで、圧接力が分散されて積層体がより一層均等
に圧接される。

【００１３】請求項７記載の発明は、上記請求項５記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記丸棒の突出
端部にねじ加工し、ナット、座金を取付けられるように
してなることを要旨とする。この構成により、組み立て
時に、加圧機構部分の各部品を圧接支持体に一体に接続
することができて、容易組み立て性が得られる。

【００１４】請求項８記載の発明は、上記請求項１記載
の平型半導体素子用スタックにおいて、前記複数のボル
トは前記圧接支持体に直接ねじ込み、前記複数のボルト
で前記圧接支持体の内側に配置した板ばねをたわませ、
その反力を前記圧接力とすることを要旨とする。この構
成により、前記請求項１記載の発明の作用と略同様の作
用が得られる。

【００１５】請求項９記載の発明は、複数個の平型半導
体素子と冷却体とを交互に積層した積層体に圧接力を負
荷し、フレームでその圧接力を保持する平型半導体素子
用スタックにおいて、側周面の対称位置２箇所に第１の
孔を開けた有底の圧接円筒体に、側面に前記第１の孔に
対応した第２の孔を貫通した圧接円柱を挿入し、該圧接
円柱と前記圧接円筒体との間には弾性部材を挟んだ構造
で、予め前記圧接円柱と前記圧接円筒体間を加圧し、設
定圧接力に達した状態で前記第１、第２の孔にピンを挿
入、固定した圧接負荷装置を構成し、該圧接負荷装置を
前記積層体の端部に取付け、前記ピンを抜くことにより
前記設定圧接力を前記積層体に負荷することを要旨とす
る。この構成により、圧接負荷装置を積層体の端部に取
付け後、外部から設定圧接力と略同じ圧接力を加えると
ピンが容易に抜ける。このピンを抜くことで、設定圧接
力が積層体に負荷される。

【００１６】請求項１０記載の発明は、上記請求項９記
載の平型半導体素子用スタックにおいて、前記積層体に
対する前記圧接負荷装置の取付け位置は、前記積層体の
端部に代えて、前記平型半導体素子と冷却体の積層部分
の任意位置としてなることを要旨とする。この構成によ
り、既存の平型半導体素子用スタックに圧接負荷装置を
挟み込むことで、上記請求項９記載の発明の作用と同様
の作用が得られる。圧接負荷装置における圧接円筒体及
び圧接円柱等をセラミック等の絶縁材で形成すれば、積
層部分の任意位置を絶縁する絶縁板としての機能も得ら
れる。

【００１７】請求項１１記載の発明は、上記請求項９記
載の平型半導体素子用スタックにおいて、前記圧接円柱
に、それぞれ外部に突出するとともに前記圧接円筒体を
貫通する複数のボルトをねじ込んで設けてなることを要
旨とする。この構成により、複数のボルトが圧接負荷装
置に内蔵の圧接機構として機能する。圧接負荷装置を積
層体の端部に取付け後、複数のボルトを締め込んで設定
圧接力と略同じ圧接力にすることでピンを抜くことがで
きる。

【００１８】請求項１２記載の発明は、上記請求項２，
３，４，５，８又は１１記載の平型半導体素子用スタッ
クにおいて、前記複数のボルトの数は３の倍数とし、前
記加圧円板の中心を中心とした同一円上に等分に配置
し、配置位置が正三角形となる３本のボルトを一組とし
て締め付けることを要旨とする。この構成により、複数
のボルトのうち、配置位置が正三角形となる３本のボル
トを一組として締め込みを繰り返すことで、積層体をよ
り確実に均等に圧接することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図で
ある。図１において、平型半導体素子用スタック１Ａ
は、例えばガラス繊維強化プラスチック製の絶縁バンド
２でスタッキングのためのフレームが構成され、この絶
縁バンド２の内側に複数個の冷却体としてのヒートシン
ク３及び平型半導体素子４を交互に積層した積層体が設
けられ、絶縁バンド２両端部のＲ部には積層体を弾性的
な押圧力で圧接保持するための加圧機構が取付けられた
圧接支持体５が設けられている。加圧機構部分は、丸棒
６をねじ込んで取付けた凹球面座７ｂと、その丸棒６を
自在に貫通させる孔の開いた凸球面座７ａと、中心に円
筒８が取付けられ複数個のボルト１０がねじ込まれた加
圧円板１１と、複数個のボルト１０の１本毎に圧接支持
体５と加圧円板１１との間に縮設された弾性部材として
のさらばね９等により構成されている。ボルト１０は、
六角穴付き止めネジボルトや先端が一部平面の球が着い
た六角穴付き止めネジボルト等が用いられ、図１の例で
は３の倍数の６本のボルト１０が圧接支持体５の孔を貫
通し、加圧円板１１の中心から同一円の等分位置にそれ
ぞれねじ込まれている。加圧円板１１は金属板で形成さ
れている。なお、図１の例では、加圧機構は積層体の両
端に設けてあるが、何れか一方のみでもよい。

【００２１】上述のように構成された平型半導体素子用
スタック１Ａの作用、効果を説明する。加圧円板１１
は、複数のボルト１０に共通のナットであり、ボルト１
０を加圧円板１１にねじ込むと凸球面座７ａと加圧円板
１１との間に隙間ができ、この隙間の増加分がさらばね
９を圧縮し、その反力で球面座７ａ，７ｂを圧接する。
次の図２に示すように、ボルト１０が６本ねじ込んであ
る場合、ねじ込み位置が三角形となるボルト１０ａ、ボ
ルト１０ｂ、ボルト１０ｃと３本ずつ締め込むことで加
圧円板１１と凸球面座７ａとの隙間が広がり、締め込ま
なかったボルト１０ｄ、ボルト１０ｅ、ボルト１０ｆは
加圧円板１１ごとに持ち上げられ、このボルト１０ｄ、
ボルト１０ｅ、ボルト１０ｆにかかっていた圧縮力は低
下する。このとき、締め込んだ３本のボルト１０ａ、ボ
ルト１０ｂ、ボルト１０ｃは圧縮力が増大し、さらばね
９は６箇所全て圧縮されスタック１Ａ全体の圧接力は増
大する。次にボルト１０ｄ、ボルト１０ｅ、ボルト１０
ｆを締めると、ボルト１０ａ、ボルト１０ｂ、ボルト１
０ｃにかかる圧縮力が低くなる。この繰り返しによって
加圧円板１１と圧接支持体５の間のさらばね９を圧縮
し、その反力が加圧円板１１及びボルト１０、球面座７
ａ，７ｂと伝わりヒートシンク３や平型半導体素子４な
どを圧接することができる。圧接できる荷重は、ボルト
１本を人力で締め付けられる最大の力×ボルトの本数ま
で可能である。また、スタック１Ａの両端を同じ圧接構
造とすることにより、さらばね９の圧接変位が２倍とな
り通電時の平型半導体素子４などの熱膨張をさらばね９
の圧縮のたわみで吸収し平型半導体素子４に過大な圧接
力が負荷されるのを防止することができる。

【００２２】図２及び図３には、本発明の第２の実施の
形態を示す。図２（ｂ）及び図３（ｂ）において、圧接
力の検出は、圧接支持体５と加圧円板１１との間隔Ａ₁
を、凹球面座７ｂに固定された丸棒６と加圧円板１１に
固定された円筒８が上下する変位の差で検出する。圧接
力は球面座７ａ，７ｂを圧接する加圧円板１１と圧接支
持体５との間隔Ａ₁が図３（ｂ）に示すようにＡ₂に変
化すると、スタック１Ａの圧接支持体５の外側に突出し
た円筒８から丸棒６が出ている部分の長さＬ₁がゼロに
変化することで表示される。また、図２（ａ）に示すよ
うに、円筒８の中心に丸棒６の中心が位置しているかど
うかで荷重の偏りもわかる。

【００２３】本実施の形態によれば、加圧円板１１と凸
球面座７ａとの間隔を加圧円板１１に固定された円筒８
と、この円筒８内に移動自在に貫通して凹球面座７ｂに
取付けられた丸棒６との相対的な移動量の差がさらばね
９のたわみ量であり、たわみと圧縮荷重の関係から、圧
接荷重を求めることができる。また、円筒８の内径の中
心部に丸棒６が位置するようにボルト１０を締め込むこ
とで球面座７ａ，７ｂに傾きがない状態で、さらばね９
を均等に圧縮することができる。

【００２４】本発明の第３の実施の形態を、前記図２
（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）において、凸球面
座７ａの球面部分の先端を平らに削ったもので、凹球面
座７ｂとの接触部分の形状がドーナツ状となる。圧接力
は荷重点から広がるため、球面座の先端が接触している
と、接触している先端に圧接力が集中し、平型半導体素
子４の中央部のみの圧接力が大きくなる。

【００２５】本実施の形態によれば、圧接力は凸球面座
７ａと凹球面座７ｂとの接触部分を介して積層体に伝わ
るため、荷重点がドーナツ状となっていることで、圧接
力が分散されて集中することなくヒートシンク３を介し
て平型半導体素子４に伝えられる。

【００２６】図４には、本発明の第４の実施の形態を示
す。図４は、スタック１Ａを組み込むときの圧接負荷部
の取付け状態を示したもので、圧接支持体５に、凹球面
座７ｂ、凸球面座７ａ、加圧円板１１、複数のボルト１
０及びさらばね９を含む全ての部品を、凹球面座７ｂに
ねじ込んだ丸棒６に加工したネジ部分にナット１２及び
座金１３を取付けて締め付けることで固定できるように
したものである。

【００２７】本実施の形態によれば、スタック組み立て
時に各部品を組み立てた状態で保持できるため、ヒート
シンク３や平型半導体素子４の積層組み立てが簡単にな
る。また、スタック１Ａを横置きで組み立てる場合も部
品が一体化されるため、作業しやすくなる。

【００２８】図５には、本発明の第５の実施の形態を示
す。本実施の形態は、前記第１の実施の形態における凹
凸１対の球面座に代えて金属円板又は絶縁円板の何れか
を用いるようにしたものである。図５において、金属円
板１４を用いても、平型半導体素子４やヒートシンク３
の接触面の加工精度の差による傾きを、加圧円板１１、
複数のボルト１０及びさらばね９で調整することができ
るので、凹凸１対の球面座を用いた場合と略同じ作用、
効果が得られる。

【００２９】本実施の形態によると、図５に示すよう
に、金属円板１４の板厚が均等でなかったり、図に示し
てないが平型半導体素子４とヒートシンク３の積層体全
体が傾斜していても加圧円板１１はさらばね９を圧縮し
ている反力で常に圧接支持体５と平行であり、積層体の
傾きに対しては、高低に応じてボルト１０を繰り出すこ
とで凹凸１対の球面座の場合と略同じ作用、効果が得ら
れる。また、ボルト１０と加圧円板１１のネジ部の接触
部分は加圧円板１１の厚さの範囲であるため、ボルト１
０のねじ込み長さに影響されることなくボルト１０の締
め込みトルクは複数のボルト１０全てで同じとなる。ま
た、金属円板１４のほかにセラミックなどの絶縁円板を
用いても上記と同様の作用、効果が得られる。

【００３０】図６には、本発明の第６の実施の形態を示
す。本実施の形態は、図６（ｂ）に示すように、圧接支
持体５に直接ねじ込んだ複数の圧接ボルト１６で、板ば
ね１５をたわませ、その反力をスタック１Ａの圧接力と
したものである。板ばね１５の材料は、ばね鋼やステン
レス鋼などであり、図６（ａ）に示すように、圧接支持
体５の内側に取付けられる。圧接ボルト１６の材料、形
状は先端に球を取付けた六角穴付きの止めネジタイプの
クランプボルトや先端を丸くした六角穴付き止めネジボ
ルトなどである。また一般の六角ボルトでも同じ作用、
効果が得られる。

【００３１】本実施の形態によると、圧接力を複数のボ
ルト１６で負荷するため、ボルト１本当たりの圧接力は
小さくなり人力で圧接することができる。

【００３２】図７及び図８には、本発明の第７の実施の
形態を示す。本実施の形態では、フレームとしてスタッ
ドボルト方式によるスタックに適用した場合を例にとっ
て説明する。図７の（ａ），（ｂ）に示す圧接負荷装置
１７は、円筒の片端部を閉じた断面がコの字型をした有
底の圧接円筒体１８と、この圧接円筒体１８に挿入され
る圧接円柱１９との間に、さらばね９や圧縮コイルばね
などの弾性部材を挟んだ構造で、スタックに取付ける前
に、両者１８，１９をプレス機などで圧縮し、設定した
圧接力に達したときピン２０を挿入し圧接円柱１９を圧
接円筒体１８に固定するものである。圧接円筒体１８や
圧接円柱１９、ピン２０は熱処理して硬くしたものであ
る。図７（ｃ）は、弾性部材装着の例として、さらばね
９の場合を示したもので、さらばね９を圧接円筒体１８
底部に均等に並べたものである。図示しないが、さらば
ね９を２段にして変位を２倍にしたいときには、１段目
のさらばね９と２段目のさらばね９との間に金属円板を
挿入することで２倍の変位を得ることができる。

【００３３】図８は、上記のように構成した圧接負荷装
置１７を積層体の端部に組み込んだ平型半導体素子用ス
タック１Ｂの一部断面の正面図である。端板２１とスタ
ッドボルト２２で構成したフレーム中にヒートシンク
３、平型半導体素子４を積層し、両端に絶縁板２３を挟
み込み圧接負荷装置１７とともに圧縮ボルト２４で圧接
するものである。ここで、圧接負荷装置１７は、ピン２
０を挿入したままで積層体の端部に取付けてピン２０が
抜けるまで圧接力を加えればよい。ピン２０を挿入した
ときの圧接力になるとピン２０を少ない力で抜くことが
できる。図７（ｂ）に示すように、ピン２０には圧接円
筒体１８と圧接円柱１９の反発力よるせん断力が作用し
圧接力を加えないと抜くことはできない。またスタック
１Ｂの部品交換などのときは、スタック１Ｂを圧接した
ままピン２０を挿入した後に圧接力を除去し、圧接力を
圧接負荷装置１７に固定することでスタック１Ｂの圧接
力はゼロとなる。このように、圧接負荷装置１７を用い
れば、平型半導体素子４には徐々に圧接力が加わり過負
荷がかからないため安定した素子特性が得られる。ま
た、ピン２０の断面形状とピン２０を挿入する孔形状を
長円とすることで、長円の長さを微妙に変えたピン２０
を挿入することにより、圧接力の調整とピン２０のせん
断強度を向上させることができる。

【００３４】図９には、本発明の第８の実施の形態を示
す。図９において、上記第７の実施の形態における圧接
負荷装置１７を、平型半導体素子用スタック１Ｂの平型
半導体素子４とヒートシンク３の積層部分の任意の位置
の部分に挿入したものである。

【００３５】本実施の形態によれば、既存のスタックに
圧接負荷装置１７を挟み込むだけで圧接負荷できる。本
実施の形態では、圧接負荷装置１７のさらばね９以外の
材質をアルミナなどのセラミックとすることで絶縁板の
代わりに挿入可能となる。

【００３６】図１０及び図１１には、本発明の第９の実
施の形態を示す。図１０に示す圧接負荷装置２７は、圧
接円筒体１８に挿入する圧接円柱１９に複数メネジ加工
し、複数の負荷ボルト２５を圧接円筒体１８を貫通し、
さらばね９を複数個挿入し、圧接円柱１９にねじ込ん
で、プレス機などで圧縮し、上記第７の実施の形態と同
様にピン２０を挿入し取付けたもので、その他の部分の
構造は前記図７と同じである。

【００３７】図１１に、上記のように構成した圧接負荷
装置２７を積層体の端部に組み込んだ平型半導体素子用
スタック１Ｂの一部断面の正面図である。圧接負荷装置
２７の圧接円柱１９に、スタック１Ｂの端板２１とさら
ばね９と圧接円筒体１８とを貫通して、スタック１Ｂの
端板２１から複数個突出する長さの負荷ボルト２５をね
じ込み、前記第７の実施の形態と同様にピン２０を挿入
してスタック１Ｂの端部に取付けたもので、加圧構造を
内蔵した構成となっている。このように、複数の負荷ボ
ルト２５を圧接円柱１９にねじ込むことで、さらばね９
や圧縮コイルばねなどの弾性部材を圧縮し、その反力が
積層体を圧接するもので設定圧接力になると第７の実施
の形態と同様にピン２０が抜ける構造である。

【００３８】本実施の形態によると、圧接力を複数の負
荷ボルト２５で負荷するため負荷ボルト１本当たりの圧
接力は小さくなり、人力で圧接することが可能になる。
また、圧接機構を持っているスタックに組み込むための
特別の圧接用ボルトや油圧プレス機などを必要としな
い。

【００３９】上述した平型半導体素子用スタック１Ａ，
１Ｂにおいて、平型半導体素子には、ＬＴＴ，ＧＴＯ，
ＩＧＢＴ，ＩＥＧＴ又はダイオード等の平型形状の半導
体素子を用いる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ボルトは、圧接力の負荷を分担する複数の
ボルトで構成し、該複数のボルトを圧接支持体の中心か
ら等距離に配設したため、ボルト１本当たりの荷重が小
さくなって、人力で各ボルトを締め込むことができ、積
層体に所要の圧接力を容易かつ均等に負荷することがで
きる。

【００４１】請求項２記載の発明によれば、前記圧接支
持体と前記積層体の間に凹凸１対の球面座を配設し、さ
らに前記圧接支持体と前記凹凸１対の球面座との間に加
圧円板を配設し、該加圧円板に前記複数のボルトをねじ
込むように構成したため、人力による各ボルトの締め込
み量に多少の差が生じても凹凸１対の球面座でこれが吸
収されて、所要の圧接力で積層体を均等に圧接すること
ができる。

【００４２】請求項３記載の発明によれば、前記圧接支
持体と前記積層体の間に金属円板又は絶縁円板の何れか
を配設し、さらに前記圧接支持体と前記金属円板又は絶
縁円板の何れかとの間に加圧円板を配設し、該加圧円板
に前記複数のボルトをねじ込むように構成したため、凹
凸１対の球面座に代えて、構成容易な金属円板又は絶縁
円板の何れかを用いても、上記請求項２記載の発明の効
果と略同様の効果がある。

【００４３】請求項４記載の発明によれば、前記複数の
ボルトは前記圧接支持体を貫通し、前記複数のボルト１
本毎に前記圧接支持体と前記加圧円板との間に弾性部材
を縮設したため、圧縮された弾性部材の反力が圧接力と
なって積層体に均等に負荷することができ、また通電時
の平型半導体素子等の熱膨張が弾性部材で吸収されて平
型半導体素子に過大な圧接力が加わるのを防止すること
ができる。

【００４４】請求項５記載の発明によれば、前記加圧円
板の中心に円筒を取付け、該円筒を前記圧接支持体の中
心部に設けた孔から外部に突出させ、前記円筒内を移動
自在に貫通する丸棒を前記球面座の凹側に取付け、前記
円筒端部から前記丸棒を突出させたため、丸棒と円筒が
上下する変異の差で圧接力を検出することができ、丸棒
が円筒の中心に位置しているか否かで各ボルトが均等に
締め込まれているかどうかを知ることができる。

【００４５】請求項６記載の発明によれば、前記１対の
球面座の接触部分の形状をドーナツ状としたため、複数
のボルトを締め込んだときの荷重点がドーナツ状となる
ことで圧接力が分散されて、積層体をより一層均等に圧
接することができる。

【００４６】請求項７記載の発明によれば、前記丸棒の
突出端部にねじ加工し、ナット、座金を取付けられるよ
うにしたため、組み立て時に、加圧機構部分の各部品を
圧接支持体に一体に接続することができて、容易に組み
立てを行うことができる。

【００４７】請求項８記載の発明によれば、前記複数の
ボルトは前記圧接支持体に直接ねじ込み、前記複数のボ
ルトで前記圧接支持体の内側に配置した板ばねをたわま
せ、その反力を前記圧接力としたため、前記請求項１記
載の効果に加えてさらに、通電時の平型半導体素子等の
熱膨張が板ばねで吸収されて平型半導体素子に過大な圧
接力が加わるのを防止することができる。

【００４８】請求項９記載の発明によれば、側周面の対
称位置２箇所に第１の孔を開けた有底の圧接円筒体に、
側面に前記第１の孔に対応した第２の孔を貫通した圧接
円柱を挿入し、該圧接円柱と前記圧接円筒体との間には
弾性部材を挟んだ構造で、予め前記圧接円柱と前記圧接
円筒体間を加圧し、設定圧接力に達した状態で前記第
１、第２の孔にピンを挿入、固定した圧接負荷装置を構
成し、該圧接負荷装置を前記積層体の端部に取付け、前
記ピンを抜くことにより前記設定圧接力を積層体に負荷
するようにしたため、圧接負荷装置を積層体の端部に取
付け後、ピンを引き抜くことで、積層体に設定圧接力を
容易に負荷することができる。

【００４９】請求項１０記載の発明によれば、前記積層
体に対する前記圧接負荷装置の取付け位置は、前記積層
体の端部に代えて、前記平型半導体素子と冷却体の積層
部分の任意位置としたため、既存の平型半導体素子用ス
タック等における積層部分の任意位置に圧接負荷装置を
挟み込むことで、上記請求項９記載の発明の効果と同様
の効果が得られる。圧接負荷装置の圧接円筒体及び圧接
円柱等をセラミック等の絶縁材で形成すれば、積層部分
の任意位置を絶縁する絶縁板としての機能を得ることが
できる。

【００５０】請求項１１記載の発明によれば、前記圧接
円柱に、それぞれ外部に突出するとともに前記圧接円筒
体を貫通する複数のボルトをねじ込んで設けたため、複
数のボルトが圧接負荷装置に内蔵の圧接機構として機能
し、圧接負荷装置を積層体の端部に取付け後、複数のボ
ルトを人力で締め込んで設定圧接力と略同じ圧接力にす
ることでピンを容易に抜くことができる。したがって、
特別の圧接用ボルトや油圧プレス機等が不要となる。

【００５１】請求項１２記載の発明によれば、前記複数
のボルトの数は３の倍数とし、前記加圧円板の中心を中
心とした同一円上に等分に配置し、配置位置が正三角形
となる３本のボルトを一組として締め付けるようにした
ため、所要の圧接力で積層体をより確実に均等に圧接す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平型半導体素子用スタックの第１
の実施の形態を示す平面図及び一部断面の正面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す平面図及び要
部の一部断面の正面図である。

【図３】上記第２の実施の形態の平面図及び要部の一部
断面の正面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す要部断面図で
ある。

【図５】本発明の第５の実施の形態を示す要部の一部断
面の正面図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態を示す平面図及び要
部の一部断面の正面図である。

【図７】本発明の第７の実施の形態における圧接負荷装
置の構成を示す図である。

【図８】上記第７の実施の形態の一部断面の正面図であ
る。

【図９】本発明の第８の実施の形態を示す一部断面の正
面図である。

【図１０】本発明の第９の実施の形態における圧接負荷
装置の構成を示す図である。

【図１１】上記第９の実施の形態の一部断面の正面図で
ある。

【図１２】従来の半導体変換装置を構成するモジュール
ユニットの回路図である。

【図１３】従来の平型半導体素子用スタックの正面図及
び側面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ平型半導体素子用スタック２絶縁バンド（フレーム）３ヒートシンク（冷却体）４平型半導体素子５圧接支持体６丸棒７ａ凸球面座７ｂ凹球面座８円筒９さらばね（弾性部材）１０ボルト１１加圧円板１２ナット１３座金１４金属円板１５板ばね１６圧接ボルト１７，２７圧接負荷装置１８圧接円筒体１９圧接円柱２０ピン２１端板２２端板とともにフレームを構成するスタッドボルト２５負荷ボルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の平型半導体素子と冷却体とを交
互に積層した積層体の両端の少なくとも一方に圧接支持
体を配置し、この圧接支持体に設けたボルトを介して前
記積層体に圧接力を負荷し、フレームでその圧接力を保
持する平型半導体素子用スタックにおいて、前記ボルト
は、前記圧接力の負荷を分担する複数のボルトで構成
し、該複数のボルトを前記圧接支持体の中心から等距離
に配設してなることを特徴とする平型半導体素子用スタ
ック。
【請求項２】前記圧接支持体と前記積層体の間に凹凸
１対の球面座を配設し、さらに前記圧接支持体と前記凹
凸１対の球面座との間に加圧円板を配設し、該加圧円板
に前記複数のボルトをねじ込むように構成してなること
を特徴とする請求項１記載の平型半導体素子用スタッ
ク。
【請求項３】前記圧接支持体と前記積層体の間に金属
円板又は絶縁円板の何れかを配設し、さらに前記圧接支
持体と前記金属円板又は絶縁円板の何れかとの間に加圧
円板を配設し、該加圧円板に前記複数のボルトをねじ込
むように構成してなることを特徴とする請求項１記載の
平型半導体素子用スタック。
【請求項４】前記複数のボルトは前記圧接支持体を貫
通し、前記複数のボルト１本毎に前記圧接支持体と前記
加圧円板との間に弾性部材を縮設してなることを特徴と
する請求項２又は３記載の平型半導体素子用スタック。
【請求項５】前記加圧円板の中心に円筒を取付け、該
円筒を前記圧接支持体の中心部に設けた孔から外部に突
出させ、前記円筒内を移動自在に貫通する丸棒を前記球
面座の凹側に取付け、前記円筒端部から前記丸棒を突出
させてなることを特徴とする請求項４記載の平型半導体
素子用スタック。
【請求項６】前記１対の球面座の接触部分の形状をド
ーナツ状としてなることを特徴とする請求項２記載の平
型半導体素子用スタック。
【請求項７】前記丸棒の突出端部にねじ加工し、ナッ
ト、座金を取付けられるようにしてなることを特徴とす
る請求項５記載の平型半導体素子用スタック。
【請求項８】前記複数のボルトは前記圧接支持体に直
接ねじ込み、前記複数のボルトで前記圧接支持体の内側
に配置した板ばねをたわませ、その反力を前記圧接力と
することを特徴とする請求項１記載の平型半導体素子用
スタック。
【請求項９】複数個の平型半導体素子と冷却体とを交
互に積層した積層体に圧接力を負荷し、フレームでその
圧接力を保持する平型半導体素子用スタックにおいて、
側周面の対称位置２箇所に第１の孔を開けた有底の圧接
円筒体に、側面に前記第１の孔に対応した第２の孔を貫
通した圧接円柱を挿入し、該圧接円柱と前記圧接円筒体
との間には弾性部材を挟んだ構造で、予め前記圧接円柱
と前記圧接円筒体間を加圧し、設定圧接力に達した状態
で前記第１、第２の孔にピンを挿入、固定した圧接負荷
装置を構成し、該圧接負荷装置を前記積層体の端部に取
付け、前記ピンを抜くことにより前記設定圧接力を前記
積層体に負荷することを特徴とする平型半導体素子用ス
タック。
【請求項１０】前記積層体に対する前記圧接負荷装置
の取付け位置は、前記積層体の端部に代えて、前記平型
半導体素子と冷却体の積層部分の任意位置としてなるこ
とを特徴とする請求項９記載の平型半導体素子用スタッ
ク。
【請求項１１】前記圧接円柱に、それぞれ外部に突出
するとともに前記圧接円筒体を貫通する複数のボルトを
ねじ込んで設けてなることを特徴とする請求項９記載の
平型半導体素子用スタック。
【請求項１２】前記複数のボルトの数は３の倍数と
し、前記加圧円板の中心を中心とした同一円上に等分に
配置し、配置位置が正三角形となる３本のボルトを一組
として締め付けることを特徴とする請求項２，３，４，
５，８又は１１記載の平型半導体素子用スタック。