JPS60257552A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は平型半導体素子と放熱フィンとを交互に積層し
た積層体を一対の支持板間に加圧力を付与して支持した
半導体装置（以下、半導体スタックという）に関し、特
にその組立および故障等に伴なう組立後の平型半導体素
子の交換を容易にする半導体スタックの構造に関するも
のである。

〔従来技術〕

第４図に従来の半導体スタックの一例を示す。

同図において、（１ａ）、（１ｂ）は支持板、（２）は
この支持板（ｌａ）、（ｘｂ）間の四隅に挿通されたボ
ルト、（３）はこのボルト（２）の一端に挿通された皿
バネ、（４）は皿バネ押え板、（ｓａ）、（５ｂ）はフ
レーム等信の外部部材に固定するだめのスタンド、　（
６）、　（７）はボルト（２）の両端に挿通されるナツ
トロックおよびナツトである。また、支持板（ｌａ）、
（ｌｂ）間には平型半導体素子（８）と放熱フィン（９
）とが交互に積層され、その両端に絶縁スペーサ（１０
ａ）、（１０ｂ）が配置され、一方の絶縁スペーサ（１
０ｂ）側にはボール（１１）およびこのボール（１１）
を挾んで対向配置されたボール受は板（１２ａ）、（１
２ｂ）から成る調芯装置（１３）を備えている。

上記構成の半導体スタックを組立る場合には一般に次の
ような順序によって行なっている。

■支持板（１ｂ）の四隅に設けだ透孔に４本のボルト（
２）の一端を挿通し、そのボルト（２）の一端には所定
枚数の皿バネ（３）、皿バネ押え板（４）、ナツトロッ
ク（６）およびナンド（７）をそれぞれ順次挿通しかつ
ナンド（７）を適当な位置までねじ込んだところでナン
ドロック（６）の爪をナツト（７）の−側面に添わせて
立上げる。

■上記の中間組立体を支持板Ｑｂ）が下面にかつ四本の
ボルト（２）が垂直になるように作業台上に載せる。

■調芯装置（１３）のボール受は板（１２ｂ）、ボール
（１１）　％ボール受は板（１２ａ）を順次重ね、次い
で絶縁スペーサ（１０ｂ）％放熱フィン（９）、平型半
導体素子（８）を交互に積み重ね、最上部に絶縁スペー
サ（１０ａ）を重ねた後、四本のボルト（２）の上端に
支持板（１ａ）、ナツトロック（６）およびナツト（７
）を挿通ずる。

■次に油圧プレス等所定の加圧用機械で支持板（１ａ）
の外側から所定の加圧力を皿バネ（３）の弾性力に抗し
て付与し皿バネ（３）がたわんだ量だけナツト（７）を
ねじ込だ後、ナツトロック（６）の爪を立上げる。

上記のような手順に従って工場側において組立てられた
半導体スタックを所定の装置に組付た後、実際の運転中
の破壊、その他の事故によシ平型半導体素子を、半導体
スタックを組込んだ装置の据付は現場において交換する
必要が生ずる場合がある。

かかる場合には次のような手順に従って半導体スタック
を再組立する必要がある。

■据付は現場に規定の加圧力を付与するだめの加圧用プ
レスが用意されていない場合が多いため、まず皿バネ（
３）のたわみ量δ０をノギス、スキ間ゲージ等の測定器
具を用いて正確に測定しておく。

０次に支持板（１ａ）又は（１ｂ）のいずれか一方の側
の４箇所のナツト（７）をゆるめる。この時のナンド（
７）のゆるめる量は平型半導体素子（８）が取出せるの
に必要にして十分な量、すなわちこの半導体スタックに
用いる平型半導体素子（３）の一方の電極ポストの中央
部からは外部に約５間程突出する位置決め用のセンター
ビンが設けられているが、このセンタービンが放熱フィ
ン（９）に引っ掛ることなく平型半導体素子（８）を外
部に取出せるだけの量をゆるめる。

■次いで故障等で交換すべき平型半導体素子（８）を取
出した後、新だな平型半導体素子（８）を入れ換え、再
びナンド（７）を締付け、測定器具を当てがいながら先
に測定したたわみ量δ０になるまで締付けて行く。

しかるに、上記構成の半導体スタックでは特に据付は現
場において平型半導体素子を交換する場合に不便である
。

すなわち、据付は現場区”規定値の加圧力を維持するた
めに分解時および再組立時に正確にたわみ量を測定しな
ければならず、その作業が煩雑かつわずかなたわみ量の
測定誤差で加圧力に大きく影響するのでその測定に熟練
を要することやナンドをゆるめた場合に交換すべき平型
半導体素子以外の素子までが外部に脱落し易すく組立作
業に必要以上の労力と時間を要すること、厳密な加圧力
を維持するために素子交換現場に加圧用プレスを持参す
る場合があるが、この場合には、重量がかさみ搬入その
他の点で不便であること、さらに平型半導体素子の交換
時に半導体スタック自体を据付は装置のフレーム等外部
部材からスタンド（５ａλ（５ｂ）の取付ネジをその都
度取外さなければならない等の不便があった。

〔発明の概要〕

本発明は上記の事情に基づいてなされたもので、一対の
支持板間の間隔を規制する主ボルトは一亘組立て後は平
型半導体素子の交換時にもゆるめることなく固定したま
まで、別に設けた副ボルトによって調整し、再び組立後
所定の加圧力を維持できるようにし、かつ軸方向に付勢
される調芯装置を備えることにより平型半導体素子と放
熱フィンとの積層体に適度な加圧力を加え副ボルトをゆ
るめた場合でも不用意に交換すべき平型半導体素子以外
の部品が外部に脱落するのを防止した半導体スタックを
提供することを目的とする。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の一実施例を従来例を示す第４図と同一部
分には同一符号を付した第１図ないし第３図を参照して
説明する。

軸方向に対向配置された支持板のうち一方の支持板、例
えば支持板（１ｂ）側の略中央部に透孔（１４）が設け
られこの透孔（１４）内に調芯装置（１３０）が配置さ
れる。この調芯装置（１３のは第２図（４）の拡大断面
図に示すように互いに相補形状をなす凹面（１３１）、
凸面（１３２）を有する２個の調芯部材（１３３）、（
１３４）と、との調芯部材（１３３）、（１３４）間に
介在させ、この部材（１３３）、　（１３４）を互いに
離反する方向に付勢する弾性「　体、例えばコイルばね
（１３５）とを有し、これら調芯１　部材（１３３）、
（１３４）はその中心部においてセンタビン（１３６）
によシ軸方向に調芯部材（１，３４）が移動可能に結合
されている。

調芯部材（１３４）の一端から突出したセンタービン（
１３６）の後端は支持板（１ｂ）の外側に配置される加
圧板（１５）の中心孔（１６）に挿通され簡易固定手段
（１７）によシ固定される。

まだ、調芯部材（１３３）の外周には後述の初期位置合
せ用マークＭ１、規定加圧力表示マークＭ２が付されて
いる。なお、これらのマークＭ１．　Ｍ２はペイントに
よる表示、刻印、溝付等いずれの方法によっても良い。

上記の加圧板（１５）にはその両端にそれぞれ透孔（１
５ａ）、（１５ｂ）が設けられこの透孔（１５ａ）、（
１５ｂ）に締付用の副ポル）　（１８）が挿通され、こ
のボルト（１８）は支持板（１ｂ）にねじ込まれるよう
に構成されている。

次に上記構成の本発明に係る半導体スタックの組立順序
について説明する。

■支持板（１ａ）の四隅に設けた透孔に４本の主ボルト
（２）の一端を挿通しだ後、そのボルト（２）の一端に
ナンドロック（６）、ナンド（７）を固定する。

■作業台上に４本の主ボルト（２）が垂直になるように
上記の組立体を載せた後、支持板（１ａ）上に大径の複
数枚の皿バネ（１９）、絶縁スペーサ（１０ａ）、放熱
フィン（９）、平型半導体素子（８）を所定の方向、順
序に従って積層する。

■最後に他方の支持板（１ｂ）を主ボルト（２）に挿通
した後、このボルト（２）の一端にナツトロック（６）
を通しナツト（７）を螺合させる。

■調芯装置（１３のを支持板（１ｂ）の透孔（１４）内
に挿入しかつ加圧板（１５）を支持板（１５）を支持板
（１ｂ）の外側に位置させ、副ポル）　（１５）を加圧
板（１５）の透孔（１５ａ）、（１５ｂ）を介して支持
板（１ｂ）に手で締付けられる程度に螺合させて置く。

０次に加圧板（１５）を半導体スタックの軸方向に調芯
装置（１３０）に内蔵したコイルばね（１３５）のばね
力に抗して押圧し調芯部材（１３３）、（１３４）の凹
面（１３１）、凸面（１３２）を接触させる。なお、調
芯装置（１３０）内に内蔵されるコイルばね（１３５）
のばね定数、ターン数は積層体を加圧する初期設定時に
必要とする所定の加圧力に応じて設計される。

すなわち、コイルばね（１３５）に抗して調芯部材（１
３４）を押圧し、その凸面（１３２）が調芯部材（１３
３）の凹面（１３１）に接触した時に一定の加圧力が積
層体に付与される。この状態で４本の主ボルト（２）の
ナツト（７）および２本の副ポル）　（１５）を締付け
る。

かかる場合、主ボルト（２）のナンド（７）はそれ以上
締付けない所謂本締めのためにナンドロック（６）の爪
を立てる。一方、副ボルト（１５）は仮締めであるが、
この仮締めの位置は上記の実施例では調芯部材（１３３
）の外周に初期位置合せ用マークＭ１を付しであるので
、このマークＭ１が支持板（１ｂ）の内縁と一致する位
置とする。

■次いで積層体に規定の加圧力を付与すべく２本の副ポ
ル）　（１８）を締付ける。すなわち、副ポル）　（１
８）をスパナ等の工具を用いて締付けることによシ調芯
部材（１３３）の端面によって積層体を押圧し、この積
層体の端部に配置された絶縁スペーサ（１０ａ）の端面
によって皿ばね（１９）をたわませる。その時のたわみ
量δｌの調整は調芯部材（１３３）に付した規定加圧力
表示マークＭ２を頼シに行なうこととし、この表示マー
クＭ２の位置まで調芯部材（１３３）が軸方向に移動す
るように副ボルト（１８）を締付ければ規定の加圧力が
積層体に加わることとなる。

■上記の表示マークＭ２と支持板（１ｂ）の内縁とが一
致した位置で副ポル）　（１８）の締付を終了した後、
図示を省略したナツトロックの爪を立上げ副ボルト（１
８）を固定する。

上記のようにして本発明に係る半導体スタックの組立を
終了する。

なお、調芯部材（１３３）に付した初期位置合せ用マー
クＭ１および規定加圧力表示マークＭ２は、例えば第３
図に示すように絶縁スペーサ（１０ａ）と皿ばね（１９
）の間に積層体の押圧力を受けその一端が支持板（ｌａ
）の透孔（１ｃ）に挿入され半導体スタックの軸方向に
移動する皿ばね位置決め部材（２０）を設け、この部材
（２０）の支持板（１ａ）からの突出量を規定すること
でマークＭ１９Ｍ２と置換えることができる。

すなわち、位置決め部材（２０）の一端面が支持板（１
ａ）の外縁と一致する位置を例えば初期設定位置子。

とし、上記部材（２０）がＨだけ突出した位置を規定圧
力が付与された位置とすれば良い。

さらに初期位置合せ用マークＭ１および規定加圧力表示
マークＭ２は調芯部材（１３３）側に限定されることな
く調芯部材（１３４）側に設けることもできる。

さて、上記の半導体スタックにおいて所定の装置に据付
けた後に平型半導体素子（８）の交換を必要とする場合
には次のような手順によって行なわれる。

■半導体スタックの２本の副ポル）　（１８）をゆるめ
ると、皿ばね（１９）の復元力によって積層体が図“示
右側に押圧され調芯部材（１３３）を押し、この部材（
１３３）６ｉ右方向に移動し初期位置合せ用マークＭ１
と支持板（１ｂ）の内縁とが一致した位置で一亘停止さ
せる。

■次いで、さらに副ポル）　（１８）をゆるめると、コ
イルばね（１３５）のばね力によシ次第に調芯部材（１
３３）と（１３４）との間が離れて行くが、平型半導体
素子（８）のセンタビンの突出量よシも若干、大きな間
隔、すなわちこの実施例ではセンタビンの突出量を５　
ｍｍ程度としたので、それより若干大きな間隔である６
〜１０朋程度の間隔が形成されるまで副ボルト（１８）
をゆるめる。

上記の状態では調芯装置（１３０）内に配置したコイル
はね（１３５）のばね力によって積層体に所定の加圧力
が付与されている。

０次に交換すべき平型半導体素子（８）の両側の放熱フ
ィン（９）をコイルはね（１３５）のばね力に抗して外
側に押広げ当該素子（８）を取出し新たな平型半導体素
子（８）を挿入する。

■再び副ポル）　（１８）を締付け、加圧板（１５）を
調芯装置（１３の、絶縁スペーサ（ｉｏｂ）　、放熱フ
ィン（９）と平型素子（８）の積層体および絶縁スペー
サ（１０ａ）を介して皿ばね（１９）を押圧し前記の規
定加圧力表示マークＭ２等を基準にして所定量たわませ
規定加圧力を出す。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成したので、半導体スタックの
据付は現場において、故障等した平型半導体素子を容易
に交換することができる。す々わち、積層体への加圧力
を副ボルトの締付けによる変位に比例させ表示マーク等
によりそれを目視し得るようにしたので、他の測定器具
、ゲージ等を用いることなく、マた加圧用プレス等を用
いることなく正確かつ容易に規定の加圧力を維持させる
と共に重量のかさむ加圧用プレスを据付現場に搬入する
不便も解消する。また、平型半導体素子の交換時に調芯
装置のコイルはねによって軸方向の所定の加圧力が積層
体に付与されているために従来のように他の平型半導体
素子や放熱フィン等の構成部品が組立体から脱落するこ
となく、シたがって再組立に要する労力の軽減および時
間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す半導体スタンクであっ
て同図（４）はその平面図、同図■）はその正面図、同
図（Ｑはその右側面図、第２図は上記半導体スタックに
おける調芯装置部分を示す図であって同図面は加圧力を
付与していない状態の拡大断面図、同図（Ｂ）は所定の
加圧力を付与した状態の拡大断面図、第３図は規定加圧
力表示部の他の実施例を説明するための一部を断面とし
た正面図、第４図は従来の半導体スタックの一例を示す
正面図である。 Ｉａ、　Ｉｂ・・・支持板、　２・・・主ボルト、８・
・・平型半導体素子、　９・・・放熱フィン、１０ａ、
　１０ｂ・・・絶縁スペーサ、１５・・・加圧板、１８
・・・副ボルト、　１９・・・皿ばね、１３０・パ調芯
装置、１３１・・・凹面、１３２・・・凸面、　１３３
．１３４・・・調芯部材、１３５・・・コイルばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の支持板間に主ボルトを挿通しこの支持板間
   に平型半導体素子と放熱フィンとの積層体を介在させた
   半導体装置において、前記積層体に調芯装置を介して所
   定の加圧力を付与するための副ボルトを前記支持板の一
   方に設けたことを特徴とする半導体装置。
2. （２）前記調芯装置は互いに相補形状をなす凹面、凸面
   を有する２個の調芯部材と、との調芯部材間に介在させ
   互いに離反する方向に付勢される弾性体とを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
3. （３）前記副ボルトには前記調芯装置の一端を支持する
   押え板が挿通され前記調芯装置の他端は前記支持板の一
   方の中心部に設けだ透孔を介して前記積層体の一端面に
   接触しかつ前記副ボルトの一端は前記支持板に螺合させ
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の半導体装置。