JPH11145380A - 半導体スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子と冷却部材とを交互に積み重ねて
形成される積層体の規定圧接力が増加しても、加圧用押
しボルトの締付トルクの増加を最小限に抑える。 【解決手段】 積層体は、一定の間隔で対向配置されて
いる二枚の押え板１０の間に配され、積層体の一方の端
部と一方の押え板１０との間には、受け金具６と鋼球７
とが配されている。積層体は、一方の押え板１０に捩じ
込まれた加圧用押しボルト８により、鋼球７及び受け金
具６を介して、押されて圧接力が加わる。加圧用押しボ
ルト８の先端部には、鋼球７の一部が入り込む円錐形穴
が形成されており、この円錐形穴の頂角の角度は、１０
０°〜１７０°に設定されている。円錐形穴の角度が１
００〜１７０に設定されていると、加圧用押しボルト８
と鋼球７との間の摩擦トルクが小さくなり、加圧用押し
ボルト８の締め付けトルクが小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体素子
と冷却部材などを積層した半導体スタックに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、特開昭５０−１１２７３６号
公報に示されている従来の半導スタックの正面図であ
る。この半導体スタックは、半導体素子１とこれを冷却
する冷却部材２とを交互に積み重ねて積層体が形成さ
れ、この積層体の両端に電気的絶縁のための絶縁碍子３
が配置されている。一方の絶縁ガラス３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、また、他方の絶縁ガラス３には、集中荷重が加
わるように、鋼球７、この鋼球７を受ける金具６および
加圧用押しボルト８ｘが設けられている。一方の押え板
１０と他方の押え板９ｘとは、両者が平行に向い合い、
且つ両者間に積層体等を入れられる間隔に維持されるよ
う、複数の押え板支持ボルト１２にて固定されている。
加圧用押しボルト８ｘは、一方の押え板１０に捩じ込ま
れている。以上の半導体スタックは、ボルト１５でスタ
ック取り付け用碍子１３，１３に取り付けられている。
図中、Tは、スタック取り付け面である。

【０００３】以上の構成で、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、加圧機を用いて、圧縮バネ４を規定圧接力に加圧す
る。次に、この加圧状態のままで、圧縮量目視ボルト１
４を圧縮バネガイド５にネジ込み、圧縮量目視ボルト１
４に予め刻印してある目盛Ｑが圧縮量指示針１１と一致
したら、圧縮量目視ボルト１４を接着剤等にて圧縮バネ
ガイド５に固定する。

【０００４】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の加圧力を零にする。次
に、絶縁碍子３を介して半導体素子１と冷却部材２を交
互に積み重ね積層体を形成し、この上に、絶縁碍子３を
介して、金具６、鋼球７を順に配する。そして、押え板
９ｘに対して、押え板支持ボルト１２により一定の間隔
で対向配置されている押え板１０に、加圧用押しボルト
８ｘを捩じ込む。

【０００５】この状態で圧接力は零であるが、加圧用押
しボルト８ｘをスパナ等により、さらに捩じ込むことに
より、徐々に圧縮バネ４が圧縮され、ついには、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１１と一致し、この時点で、半導体素子１の積層物に
規定圧接力が加わる。

【０００６】以上のように、圧縮バネ４のセットをする
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ということは、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、常に、規定圧接力が得られることを意味してい
る。

【０００７】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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年は、素
子の大容量化・大型化が進んでおり、それに伴って素子
の規定圧接力が非常に大きくなり、当然、スタック圧接
力も増大する傾向にある。加圧用押しボルトのネジ径が
同じ場合、スタック圧接力と加圧用押しボルトの締め付
けトルクとは、比例関係にあり、スタック圧接力が増加
するにしたがって、加圧用押しボルトの締め付けトルク
が大きくなる。

【０００９】また、スタック圧接力の増大に伴って加圧
用押しボルトの強度を上げる必要があり、加圧用押しボ
ルトの径が大きくなる。ボルト径とネジ部の摩擦トルク
は、ほぼ比例するため、加圧用押しボルトの締め付けト
ルクがさらに増大することになる。そのため、このよう
に構成された平形半導体スタックにおいては、加圧用押
しボルトの締め付け作業は、非常に困難で、柄の長い特
殊なスパナ等が必要になるという問題点がある。

【００１０】本発明の目的は、前述の問題点を克服し、
スタック圧接力の増加による加圧用押しボルトの締め付
けトルクの増加を最小限に抑え、組み立て及び／又は素
子交換作業を容易にし、これらの作業に特殊なスパナを
必要としない半導体スタックを得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）前記目的を達成す
るため第１の半導体スタックは、複数の半導体素子及び
冷却部材とを一定の方向に積層した積層体と、互いに向
い合い両者間に該積層体を配置できる間隔に設定されて
いる二つの押え板と、一方の押え板と該積層体との間に
配されている受け具と、他方の押え板と該積層体との間
に配されている弾性体と、該一方の押え板に捩じ込ま
れ、この捩じ込み過程における該他方の押え板の方向へ
の移動で、該受け具と共に該積層体を加圧する加圧部材
である加圧用押しボルトと、を備えている半導体スタッ
クにおいて、前記加圧用押しボルトの先端部と前記受け
具とのうち、一方には、他方の側に突出した半球形部を
有する偏荷重防止部材が、形成され、又は、前記積層体
の積層方向に対して垂直な方向に移動不能に接触させら
れ、他方には、該半球部の一部が入り込む円錐形又は円
錐台形穴が形成され、前記円錐形穴の頂角の角度、又は
前記円錐台形穴の対向し合っている母線のなす角度は、
１００°〜１７０°であることを特徴とするものであ
る。

【００１２】（２）前記目的を達成するための第２の半
導体スタックは、複数の半導体素子及び冷却部材とを一
定の方向に積層した積層体と、互いに向い合い両者間に
該積層体を配置できる間隔に設定されている二つの押え
板と、一方の押え板と該積層体との間に配されている受
け具と、他方の押え板と該積層体との間に配されている
弾性体と、該一方の押え板に取り付けられ少なくとも一
部が該他方の押え板の方向に移動して、該受け具と共に
該積層体を加圧する加圧手段と、を備えている半導体ス
タックにおいて、前記加圧手段は、前記積層体の積層方
向に移動して前記受け具と共に該積層体を加圧する加圧
部材と、前記一方の押え板に捩じ込まれることで該加圧
部材を該積層方向に移動させる複数のボルトと、有し、
前記加圧手段の前記加圧部材と前記受け具とのうち、一
方には、他方の側に突出した半球形部を有する偏荷重防
止部材が、形成され、又は、前記積層方向に対して垂直
な方向に移動不能に接触させられ、他方には、該半球部
の一部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が形成されてい
ることを特徴とするものである。

【００１３】前記目的を達成するための第の半導体スタ
ックは、 （３）前記目的を達成するための第３の半導体スタック
は、前記第２の半導体スタックにおいて、前記加圧部材
は、前記一方の押え板を基準として前記積層体と反対側
に配されているフランジ部と、該フランジ部から前記他
方の押え板の方向に伸び、該一方の押え板を貫通してい
る加圧ロッド部と、を有し、複数の前記ボルトは、それ
ぞれ、前記加圧部材の前記フランジ部を前記積層方向に
貫通し、前記一方の押え板に螺合していることを特徴と
するものである。

【００１４】（４）前記目的を達成するための第４の半
導体スタックは、前記第２の半導体スタックにおいて、
前記加圧部材は、前記一方の押え板と前記受け具との間
に配され、複数の前記ボルトは、前記一方の押え板に螺
合し、先端部が前記加圧部材に接触することを特徴とす
るものである。

【００１５】（５）前記目的を達成するための第５の半
導体スタックは、前記第４の半導体スタックにおいて、
前記積層方向に伸び、二つの前記押え板の相互間隔を維
持するための複数の押え板支持ボルトを備え、前記加圧
部材は、複数の前記ボルトの前記先端部が接触するボル
ト当接面が形成されている本体と、複数の押え板支持ボ
ルトがそれぞれ挿通されるガイド孔が形成されているフ
ランジ部とを有することを特徴とするものである。

【００１６】（６）前記目的を達成するための第６の半
導体スタックは、前記第４又は第５の半導体スタックに
おいて、複数の前記ボルトの先端部は、半球形を成して
いることを特徴とするものである。

【００１７】（７）前記目的を達成するための第７の半
導体スタックは、複数の半導体素子及び冷却部材とを一
定の方向に積層した積層体と、互いに向い合い両者間に
該積層体を配置できる間隔に設定されている二つの押え
板と、一方の押え板と該積層体との間に配されている受
け具と、他方の押え板と該積層体との間に配されている
弾性体と、該一方の押え板に取り付けられ少なくとも一
部が該他方の押え板の方向に移動して、該受け具と共に
該積層体を加圧する加圧手段と、を備えている半導体ス
タックにおいて、前記加圧手段は、前記一方の押え板を
基準として前記積層体と反対側に配されている加圧用押
しボルト取付板と、該加圧用押しボルト取付板を貫通し
該一方の押え板に螺合して、該加圧用押しボルト取付板
を該一方の押え板に取り付ける複数の取付ボルトと、該
加圧用押しボルト取付板に螺合し且つ該一方の押え板を
貫通して、前記受け具と共に該積層体を加圧する加圧部
材である加圧用押しボルトと、有し、前記加圧用押しボ
ルトの先端部と前記受け具とのうち、一方には、他方の
側に突出した半球形部を有する偏荷重防止部材が、形成
され、又は、前記積層方向に対して垂直な方向に移動不
能に接触させられ、他方には、該半球部の一部が入り込
む円錐形又は円錐台形穴が形成されていることを特徴と
するものである。

【００１８】（８）前記目的を達成するための第８の半
導体スタックは、前記第１、２、３、４、５、６又は７
の半導体スタックにおいて、前記偏荷重防止部材は、球
であり、前記加圧部材と前記受け具とには、それぞれ、
該球の一部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が形成され
ていることを特徴とするものである。

【００１９】（９）前記目的を達成するための第９の半
導体スタックは、前記第１又は７の半導体スタックにお
いて、前記偏荷重防止部材は、球であり、前記加圧部材
である前記加圧用押しボルトの先端部と前記受け具とに
は、それぞれ、該球の一部が入り込む円錐形又は円錐台
形穴が形成され、前記加圧用押しボルトの前記円錐形穴
の頂角の角度、又は前記円錐台形穴の対向し合っている
母線のなす角度は、１００°〜１７０°であり、前記受
け具の前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐台形穴
の対向し合っている母線のなす角度は、前記加圧用押し
ボルトの前記円錐形穴又は前記円錐台形穴の該当角度よ
り小さいことを特徴とするものである。

【００２０】（１０）前記目的を達成するための第１０
の半導体スタックは、前記第１、２、３、４、５、６又
は７の半導体スタックにおいて、前記偏荷重防止部材
は、前記加圧部材に形成され、前記受け具の方向に突出
した半球形部であり、前記受け部には、前記加圧部材に
形成された前記半球部の一部が入り込む前記円錐形又は
円錐台形穴が形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００２１】（１１）前記目的を達成するための第１１
の半導体スタックは、前記第１又は７の半導体スタック
において、前記偏荷重防止部材は、前記加圧部材である
前記加圧用押しボルトの先端部に形成され、前記受け具
の方向に突出した半球形部であり、前記受け具には、前
記加圧用押しボルトの先端部に形成された前記半球部の
一部が入り込む前記円錐形又は円錐台形穴が形成され、
前記受け具の前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐
台形穴の対向し合っている母線のなす角度は、１００°
〜１７０°であることを特徴とするものである。

【００２２】（１２）前記目的を達成するための第１２
の半導体スタックは、前記第１、２、３、４、５、６又
は７の半導体スタックにおいて、前記偏荷重防止部材
は、頂面が略半球状を成し、前記加圧部材に螺合してい
る袋ナットであり、前記受け具には、前記袋ナットの略
半球状の頂面の一部が入り込む前記円錐形又は円錐台形
穴が形成されていることを特徴とするものである。

【００２３】（１３）前記目的を達成するための第１３
の半導体スタックは、前記第１又は７の半導体スタック
において、前記偏荷重防止部材は、頂面が略半球状を成
し、前記加圧部材である加圧用押しボルトの先端部に螺
合している袋ナットであり、前記受け具には、前記袋ナ
ットの略半球状の頂面の一部が入り込む前記円錐形又は
円錐台形穴が形成され、前記受け具の前記円錐形穴の頂
角の角度、又は前記円錐台形穴の対向し合っている母線
のなす角度は、１００°〜１７０°であることを特徴と
するものである。

【００２４】（１４）前記目的を達成するための第１４
の半導体スタックは、前記第１、９、１１又は１３の半
導体スタックにおいて、前記円錐形穴の頂角の角度、又
は前記円錐台形穴の対向し合っている母線のなす角度
は、１２０°〜１７０°であることを特徴とするもので
ある。

【００２５】（１５）前記目的を達成するための第１５
の半導体スタックは、請求項１、７、９、１３及び１４
のいずれか一項に記載の半導体スタックにおいて、前記
加圧用押しボルトに螺合し、該加圧用押しボルトの前記
積層方向への移動を止めるロックナットを備えているこ
とを特徴とするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体スタッ
クの各種実施形態について、図面を用いて説明する。

【００２７】まず、第１の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図１〜図３を用いて説明する。図１は、
この実施形態における半導体スタックの正面図であり、
従来の技術の説明に用いた図２０に対応する図である。
なお、図２０と同一部分には、同一符号を付している。
図２、３は、図１の部分拡大詳細図である。

【００２８】この実施形態の半導体スタックは、半導体
電力変換装置（インバータ／コンバータ）の一部を構成
するものである。半導体スタックは、半導体素子（ゲー
トターンオフ サイリスタ）１とこれを冷却する冷却部
材２を交互に積み重ねて積層体が形成され、この積層体
の両端に電気的絶縁のための絶縁碍子３が配置されてい
る。一方の絶縁ガラス３の下面には、フランジ部及び円
筒部５ａを有する圧縮バネガイド５が接触している。こ
の圧縮バネガイド５の円筒部５ａは、押え板９に設けら
れた貫通穴９aに遊嵌している。さらに、この圧縮バネ
ガイド５の円筒部５ａの外周には、圧縮バネ４が配され
ている。この圧縮バネ４は、圧縮バネガイド５のフラン
ジ部と押え板９とで、挟まれている。他方の絶縁ガラス
３の上面には、受け金具６が接触している。この受け金
具６の上面に、円錐台形穴が形成され、ここに鋼球７が
配されている。この鋼球７は、押え板１０に螺合してい
る加圧用押しボルト８のネジ部先端で受けられている。
押え板９と押え板１０とは、両者が平行に向い合い、且
つ両者間に積層体等を入れられる間隔Ｌ４に維持される
よう、押え板支持ボルト１２及びナット１６，１８で固
定されている。

【００２９】この実施形態において、図２０に示した従
来の技術と異なるところは、圧縮量指示針１１と圧縮量
目視ボルト１４とを使用していないことと、加圧用押し
ボルト８の先端に、その頂角が１４０゜の円錐形穴を設
けたことである。なお、従来の半導体スタックの加圧用
押しボルト８ｘの先端に設けられた円錐形穴の角度αは
９０゜である。

【００３０】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バネ高さ寸法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の円筒部５aの長さＬ３は、圧縮バネ４の
高さ寸法がＬ１の時、圧縮バネガイド５の端面Ｒと押え
板９の端面Ｓが一致するように製作されている。

【００３１】次に、加圧用押しボルト８の締め付けトル
クと、加圧用押しボルト８の先端に設けられた円錐形穴
の頂角の角度αの関係を図３により説明する。加圧用押
しボルト８の締め付けトルクＴfは、ネジ部の摩擦トル
クＴsと先端部の摩擦トルクＴbの和である(Ｔf＝Ｔs＋
Ｔb）。ここで、スタック圧接力をＰ、加圧用押しボル
ト８と鋼球７の接触力をＰn、スタック圧接力Ｐの水平
方向の分力をＰx、鋼球７の直径をＤb、加圧用押しボル
ト８と鋼球７の接触径をＤ、加圧用押しボルト８と鋼球
７の摩擦係数をμ、加圧用押しボルト８と鋼球７の接触
角をβとすると、ボルト先端の摩擦トルクＴb、接触力
Ｐn、接触径Ｄ、円錐形穴の角度α、水平方向の分力Ｐx
は、それぞれ、次式のようになる。

【００３２】 Ｔb＝ Ｐn×μ× Ｄ／２ ・・・・・・・・・（１） Ｐn＝ Ｐ×secβ ・・・・・・・・・・・・・・・・（２） Ｄ＝ Ｄb×sinβ ・・・・・・・・・・・・・・・・（３） α＝１８０−２β ・・・・・・・・・・・・・・・（４） Ｐx＝ Ｐ×tanβ ・・・・・・・・・・・・・・・・（５） （２）及び（３）式より、βを小さくするほど、接触力
Ｐnと接触径Ｄが減少することが理解できる。この現象
を円錐形穴の角度αで、表現すると、（４）式より、円
錐形穴の角度αを大きくするほど、接触力Ｐnと接触径
Ｄが減少すると言える。従って、（１）式より、円錐形
穴の角度αを大きくするほど、摩擦トルクＴbは小さく
なる。

【００３３】しかし、（５）式より、βを小さくするほ
ど、言い替えると、円錐形穴の角度αを大きくなるほ
ど、水平方向の分力Ｐxが減少し、加圧用押しボルト８
の先端と鋼球７の位置ずれが発生する恐れがある。その
ため、スタックの配置方向によって、円錐形穴の角度α
を１００゜から１７０゜の範囲内に設定することが好ま
しい。

【００３４】また、ボルト締め付け用スパナの長さは、
作業スペース、安全性、運搬等の面から、１ｍが限界で
あり、スパナの回動力は、作業性や安全性の面から、一
人の作業者の平均的な限界である６０ｋｇｆ上限とな
る。ここで、スパナの回動力Ｆsとスパナの長さＬとボ
ルト締め付けトルクＴfとの関係は、（６）式のように
示されるので、スパナの回動力Ｆsが６０ｋｇｆ以下に
なるためには、円錐形穴の角度が１２０°以上である必
要がある。

【００３５】 Ｆs＝ Ｔf／Ｌ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６） 従って、円錐形穴の角度αを１２０゜から１７０゜の範
囲内に設定することが、より好ましい。

【００３６】ところで、この実施形態の円錐形穴の角度
は、前述したように、１４０°であるから、円錐形穴の
角度αとして、最も好ましい１２０゜から１７０゜の範
囲内である。このため、円錐形穴の角度が９０°の従来
技術に対して、本実施形態は、ネジ部の摩擦トルクＴs
は同じであるが、先端部の摩擦トルクＴbを約６４％減
少させることができ、これにより、加圧用押しボルト８
の締め付けトルクを約３０％低減させることができる。

【００３７】なお、受け金具６の円錐台形穴の角度（円
錐台形穴の母線であって、円錐台形穴の中心軸を基準と
して１８０°の位置関係にある二つの母線の成す角度）
は、本実施形態も従来技術も、９０°である。すなわ
ち、受け金具６の円錐台形穴の角度は、本実施形態の加
圧用押しボルト８の円錐形穴の角度α（＝１４０゜）よ
り小さい。このため、加圧用押しボルト８の円錐形穴と
鋼球７との摩擦力は、受け金具６の円錐台形穴と鋼球７
との摩擦力よりも小さく、加圧用押しボルト８を締め付
けている過程では、鋼球７に対する加圧用押しボルト８
の円錐形穴の方が、鋼球７に対する受け金具６の円錐台
形穴の方よりも、先にズレ始める。

【００３８】以上のように構成された半導体スタックに
おいて、スタック組み立て作業は、まず、押え板９に押
え板支持ボルト１２をネジ込みナット１６で固定し、貫
通穴１７aを有する組立治具１７の上に配置する。次
に、圧縮バネ４を介して圧縮バネガイド５、絶縁碍子３
を取り付け、半導体素子１と冷却部材２を交互に積み重
ねて積層体を形成し、その上に絶縁碍子３を介して受け
金具６および鋼球７を組み込む。次に、押え板１０を、
押え板９との間隔が所定間隔Ｌ４になるようにナット１
８で押え板支持ボルト１２に固定する。

【００３９】以上の状態で、加圧用押しボルト８を押え
板１０にスパナ等を用いてネジ込むことにより、徐々に
圧縮バネ４が圧縮され、圧縮バネガイド５の端面Ｒと押
え板９の端面Ｓが一致すると、積層体に規定圧接力が加
わったことになる。なお、押え板９の端面Ｓに定規１９
を当接させることにより、圧縮バネガイド５の端面Ｒと
押え板９の端面Ｓの位置合わせ誤差をほとんどなくする
ことができ、積層体を正確な規定圧接力で締め付けるこ
とができる。スタック締め付け終了後には、ロックナッ
ト３１により加圧用押しボルト８を固定する。このよう
に、ロックナット３１を用いて加圧用押しボルト８を固
定することにより、スタック圧接力緩和の原因となる加
圧用押しボルト８の緩みを防止でき、終始規定圧接力を
保持できる。

【００４０】また、半導体電力変換装置が設置された現
地で行う素子交換作業では、まず、圧縮バネ４の高さ寸
法をＬ１に拘束しておくために、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
をネジ込む。次に、この状態から、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の間隔が
素子交換可能になるまで空けて、素子交換を実施する。
なお、素子交換中及び交換後においても、圧縮バネ４の
高さ寸法はＬ1のままである。素子交換後、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、次にボルト２１を取り外す。この
時、圧縮バネ４の拘束は解除され、圧縮バネ４による加
圧力は、圧縮バネガイド５、スタック内の積層体に伝わ
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。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、平衡状態になるまで、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、
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っており、この時、圧縮バネガ
イド５の端面Ｒは押え板９の端面Ｓより若干内側に位置
している。そこで、加圧用押しボルト８を圧縮バネガイ
ド５の端面Rと押え板９の端面Ｓが一致するまでスパナ
等によりネジ込むことにより、積層体を規定圧接力で締
め付けることができる。

【００４１】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、加圧用押
しボルト８の回動力を大幅に減少させ、素子交換作業を
容易にするためでもある。

【００４２】以上のように、加圧用押しボルト８の先端
に、角度を１００゜から１７０゜の範囲内に設定した円
錐形又は円錐台形穴を設けたことりより、素子の大型化
に伴うスタックの規定圧接力の増加があっても、加圧用
押しボルト８の締め付けトルクの増加を最小限に抑える
ことができ、加圧用押しボルト８の締め付け作業を安全
且つ容易に行うことができる。これにより、組み立てお
よび素子交換時作業が容易で低コストな半導体スタック
を得ることができる。

【００４３】なお、この実施形態において、鋼球７は、
加圧用押しボルト８の中心軸が積層体の中心軸に対して
傾いたとしても、積層体に偏荷重が係るのを防ぐための
ものであるから、加圧用押しボルト８と受け金具８との
両方に対して摺動可能である必要は無く、いずれか一方
にのみ摺動可能であればよい。従って、鋼球７と同種の
ものが加圧用押しボルト８と一体的であっても、鋼球７
と同種のものが受け金具８に対して摺動可能であればよ
く、また、鋼球７と同種のものが受け金具８と一体的で
あっても、鋼球７と同種のものが加圧用押しボルト８に
対して摺動可能であればよい。そこで、特に、鋼球７と
同種のものが加圧用押しボルトと一体的であるものにつ
いて、第２及び第３の実施形態として説明する。

【００４４】次に、第２の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図４を用いて説明する。なお、図４は、
この実施形態における半導体スタックの部分拡大詳細図
であり、第１の実施形態の説明で用いた図３と対応する
図である。

【００４５】この実施形態の半導体スタックにおいて、
第１の実施形態と異なるところは、第１の実施形態にお
ける鋼球７を使用せず、鋼球７と加圧用押しボルト８と
の機能を併せ持つ、先端が半球形の加圧押しボルト８’
を用いていると共に、鋼球受け金具６に代えて、加圧力
受け具６’を設けていることである。この加圧力受け具
６’には、加圧押しボルト８’の半球形の先端部が入り
込む円錐形穴が形成されている。この円錐形穴の角度α
は、第１の実施形態と同様に、１００゜から１７０゜の
範囲内の１４０°である。なお、この実施形態は、以上
の他の構成に関しては第１の実施形態と同様であり、ス
タック組立作業及び現地で行う素子交換作業も、第１の
実施形態と同様の手順で行なわれる。

【００４６】このように構成された本実施形態の半導体
スタックも、第１の実施形態と同様、円錐形穴の角度が
９０°の従来技術に対して、ネジ部の摩擦トルクＴsは
同じであるが、先端部の摩擦トルクＴbを約６４％減少
させることができ、これにより、加圧用押しボルト８の
締め付けトルクを約３０％低減させることができる。従
って、素子の大型化に伴うスタックの規定圧接力の増加
があっても、加圧用押しボルト８の締め付けトルクの増
加を最小限に抑えることができ、加圧用押しボルト８の
締め付け作業を安全且つ容易に行うことができる。これ
により、組み立ておよび素子交換時作業が容易で低コス
トな半導体スタックを得ることができる。

【００４７】次に、第３の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図５を用いて説明する。なお、図５は、
この実施形態における半導体スタックの部分拡大詳細図
であり、第１の実施形態の説明で用いた図３と対応する
図である。

【００４８】この実施形態の半導体スタックにおいて、
第１の実施形態と異なるところは、第１の実施形態にお
ける鋼球７を使用する代わりに、加圧ボルト８”に螺合
する袋ナット２２を用いていると共に、鋼球受け金具６
に代えて、第２の実施形態と同く加圧力受け具６’を設
けていることである。この加圧力受け具６’には、第２
の実施形態と同様、袋ナット２２の略半球形の頭部の一
部が入り込む円錐形穴が形成されている。この円錐形穴
の角度αは、第１及び第２の実施形態と同様に、１００
゜から１７０゜の範囲内の１４０°である。なお、この
実施形態は、以上の他の構成に関しては第１の実施形態
と同様であり、現地で行う素子交換作業も、第１の実施
形態と同様の手順で行なわれる。但し、スタック組立作
業は、基本的に第１の実施形態と同じであるものの、押
え板１０に加圧用押しボルト８”を取り付けた後、この
加圧用押しボルト８”の先端に袋ナット２２を螺合させ
る作業が追加される。

【００４９】このように構成された本実施形態の半導体
スタックも、第１及び第２の実施形態と同様、円錐形穴
の角度が９０°の従来技術に対して、ネジ部の摩擦トル
クＴsは同じであるが、先端部の摩擦トルクＴbを約６４
％減少させることができ、これにより、加圧用押しボル
ト８の締め付けトルクを約３０％低減させることができ
る。従って、素子の大型化に伴うスタックの規定圧接力
の増加があっても、加圧用押しボルト８の締め付けトル
クの増加を最小限に抑えることができ、加圧用押しボル
ト８の締め付け作業を安全且つ容易に行うことができ
る。これにより、組み立ておよび素子交換時作業が容易
で低コストな半導体スタックを得ることができる。ま
た、鋼球７や加圧押しボルト８’の先端部の加工が不要
になるので、以上の実施形態よりも、半導体スタック製
造コストを低減させることもできる。

【００５０】なお、以上の第２及び第３の実施形態は、
いずれも、鋼球と同種のものが加圧用押しボルトと一体
的で、鋼球と同種のものが受け金具に対して摺動可能で
ある例であるが、前述したように、逆に、鋼球と同種の
ものが受け金具と一体的、つまり、受け金具に一体的な
半球形部を形成し、この半球形部の一部が入り込む円錐
形穴又は円錐台形穴を加圧用押しボルトに形成してもよ
い。

【００５１】次に、第４の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図６〜図８を用いて説明する。この実施
形態の半導体スタックにおいて、第１の実施形態と異な
るところは、第１の実施形態で、積層体の加圧手段とし
て用いた加圧用押しボルト８の代わりに、積層体の加圧
手段として、加圧ロッド付きの加圧部材２３と、この加
圧部材２３を押え板１０’に締め付ける４つの加圧部材
取付ボルト２４とを用いていることである。

【００５２】加圧部材２３は、図７及び図８に示すよう
に、加圧ロッド２３ａと、加圧ロット２３ａの基部が固
定されているフランジ２３ｃとを有している。加圧ロッ
ド２３ａの先端部には、鋼球７の一部が入り込む円錐台
形穴が形成されている。また、フランジ２３ｃには、４
つの加圧部材取付ボルト２４が挿通される貫通孔２３ｂ
が形成されている。押え板１０’には、加圧部材２３の
加圧ロッド２３ａが挿通される貫通孔１０’ａと、４つ
の加圧部材取付ボルト２４がそれぞれ捩じ込まれるネジ
孔１０’ｂとが形成されている。

【００５３】この実施形態における半導体スタックの組
み立て作業は、第１の実施形態と基本的に同じであり、
押え板１０’を、押え板９との間隔が所定間隔Ｌ４にな
るようにナット１８で押え板支持ボルト１２に固定した
後、押え板１０’の外側に加圧手段である加圧部材２３
及び加圧部材取付ボルト２４を取り付ける。この加圧手
段取付過程では、まず、加圧部材２３の加圧ロッド２３
ａを押え板１０’の貫通孔１０’ａに挿通させて、鋼球
受け金具６上の鋼球７に、加圧ロッド２３ａの先端部を
接触させる。次に、４つの加圧部材取付ボルト２４を加
圧部材２３の挿通孔２３ｂにそれぞれ挿通させ、押し板
１０’のネジ孔１０’ｂに捩じ込む。そして、図２に示
すように、圧縮バネガイド５の端面と押え板９の端面が
一致するまで、４つの加圧部材取付ボルト２４をそれぞ
れ押え板１０’に捩じ込むことにより、積層体を規定圧
接力に締付ける。

【００５４】また、現地で行う素子交換作業も、第１の
実施形態と基本的に同じであり、圧縮バネ４の高さ寸法
をＬ1に拘束するために、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を捩じ
込んだ後、加圧部材取付ボルト２４を緩めて、加圧ロッ
ド２３ａの先端と鋼球７の間隔が素子交換可能になるま
で空けて、素子交換を実施する。

【００５５】ここで、加圧部材取付ボルト２４の締め付
けトルクについて説明する。本実施形態のように、加圧
部材取付ボルト２４を複数にすることより、スタックの
圧接力の負担を各ボルト２４に分担することができ、加
圧部材取付ボルト２４のネジ径を細くすることができ
る。具体的には、この実施形態では、加圧部材取付ボル
ト２４を４本使用しているので、図２０に示す従来の技
術の加圧用押しボルト８ｘと比較して、加圧部材取付ボ
ルト２４の１本当たりの分担荷重は１／４となる。これ
により、加圧部材取付用ボルト２４の断面積を１／４
に、つまり、ネジ径を約１／２にすることができる。と
ころで、ネジの締め付けトルクは締め付け荷重およびネ
ジ径にほぼ比例することは一般的に知られていることで
ある。従って、本実施形態では、ボルト荷重が１／４に
なり、ボルトネジ径を約１／２することができる結果、
加圧部材取付ボルト２４の締め付けトルクは、従来の加
圧用押しボルト８ｘの約１／８にすることができ、締め
付け作業に特殊なスパナを必要としない。

【００５６】以上のように、複数の加圧部材取付ボルト
２４で、加圧部材２３及び鋼球７を介して、積層体を締
め付けているので、素子の大型化に伴いスタックの規定
圧接力が増加しても、１本当たりの加圧部材取付ボルト
２４の締め付けトルクを小さくすることができ、積層体
を規定圧接力に締め付ける作業を容易に行うことができ
る。これにより、組み立ておよび素子交換時作業が容易
で、かつ、組み立ておよび素子交換時作業に特殊なスパ
ナを必要としない半導体スタックを得ることができる。

【００５７】なお、この実施形態において、加圧ロッド
２３ａの先端部に形成されている円錐台形穴の角度を第
１の実施形態と同じく、１２０°から１７０°の間に設
定してもよいが、これによって、第１の実施形態のよう
に、加圧部材取付ボルト２４の締め付けトルクが減少す
ることはない。これは、第１の実施形態では、加圧用押
しボルト８の円錐形穴の角度を１２０°から１７０°の
間に設定することが、加圧用押しボルトを回転させる過
程で、加圧用押しボルト８と鋼球７との間の摩擦力を低
減させることになるが、この第２の実施形態では、積層
体締め付け過程で加圧ロッド２３ａを回転させないの
で、加圧ロッド２３ａの円錐台形穴と鋼球７との間の摩
擦力が問題にならないからである。

【００５８】次に、第５の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図９を用いてい説明する。なお、図９
は、この実施形態における半導体スタックの部分拡大詳
細図であり、第４の実施形態の説明で用いた図８に対応
する図である。

【００５９】この実施形態の半導体スタックにおいて、
第４の実施形態と異なるところは、第４の実施形態にお
ける鋼球７を使用せず、鋼球７と加圧部材２３の機能を
併せ持つ、先端が半球形の加圧ロッド２５ａを有する加
圧部材２５を用いていると共に、鋼球受け金具６に代え
て、加圧力受け具６’を設けていることである。この加
圧力受け具６’には、加圧押しボルト８’の半球形の先
端部が入り込む円錐台形穴が形成されている。すなわ
ち、この実施形態は、第１の実施形態に対する第２の実
施形態の関係を、第４の実施形態に対して実現したもの
である。

【００６０】従って、この実施形態においても、第４の
実施形態と同様に、図２０に示す従来の技術の加圧用押
しボルト８ｘと比較して、ボルト荷重が１／４になり、
ボルトネジ径を約１／２することができる結果、加圧部
材取付ボルト２４の締め付けトルクは、従来の加圧用押
しボルト８ｘの約１／８にすることができ、締め付け作
業に特殊なスパナを必要としない。このため、素子の大
型化に伴いスタックの規定圧接力が増加しても、１本当
たりの加圧部材取付ボルト２４の締め付けトルクを小さ
くすることができ、積層体を規定圧接力に締め付ける作
業を容易に行うことができる。これにより、組み立てお
よび素子交換時作業が容易で、かつ、組み立ておよび素
子交換時作業に特殊なスパナを必要としない半導体スタ
ックを得ることができる。

【００６１】次に、第４の実施形態の変形例、及び第５
の実施形態の変形例について、それぞれ、図１０、図１
１を用いて説明する。第４の実施形態における加圧部材
２３は、加圧ロッド２３ａとフランジ２３ｃとを一体的
に形成したものであるが、この変形例の加圧部材は、図
１０に示すように、加圧ロッド２７とフランジ２６とを
それぞれ別体で形成した後、加圧ロット２７のネジ部２
７ａをフランジ２６のネジ孔２６ａに捩じ込んで、両者
を一体化したものである。なお、加圧ロッド２７の先端
部にも、第４の実施形態と同様に、円錐台形穴が形成さ
れている。

【００６２】また、第５の実施形態における加圧部材２
５は、加圧ロッド２５ａとフランジ２５ｃとを一体的に
形成したものであるが、この変形例の加圧部材は、図１
１に示すように、加圧ロッド２８とフランジ２６とをそ
れぞれ別体で形成した後、加圧ロット２８のネジ部２８
ａをフランジ２６のネジ孔２６ａに捩じ込んで、両者を
一体化したものである。なお、加圧ロッド２８の先端部
も、第５の実施形態と同様に、半球状に形成されてい
る。

【００６３】以上のように、第４及び第５の実施形態の
それぞれの変形例は、加圧部材を加圧ロッド２７，２８
とフランジ２６とをそれぞれ別体で形成するので、第４
及び第５の実施形態の加圧部材よりも、加工が容易にな
り、低コストな半導体スタックを得ることができる。な
お、以上の変形例では、加圧ロッド２７，２８とフラン
ジ２６とをネジ接合しているが、溶接、かしめ等により
接合してもよい。

【００６４】次に、第６の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図１２及び図１３を用いて説明する。こ
の実施形態の半導体スタックにおいて、第１の実施形態
と異なるところは、押え板１０’の外側に、加圧用押し
ボルト取付板２９を４つの取付ボルト３０で取り付け、
加圧用押しボルト８を加圧用押しボルト取付板２９に螺
合させる一方で、押え板１０’に単に挿通させているこ
とである。

【００６５】加圧用押しボルト取付板２９には、加圧用
押しボルト８が捩じ込まれるネジ孔２９ｂと、４つの取
付ボルト３０がそれぞれ挿通される貫通孔２９ａとが形
成されている。押え板１０’には、加圧用押しボルト８
が挿通される貫通孔１０’ａと、４つのボルト３０がそ
れぞれ捩じ込まれるネジ孔１０ｂとが形成されている。

【００６６】この実施形態における半導体スタックの組
み立て作業は、第１の実施形態と同様に、押え板１０’
を、押え板９との間隔が所定間隔Ｌ４になるようにナッ
ト１８で押え板支持ボルト１２に固定した後、押え板１
０’の外側に加圧用押しボルト取付板２９を４つの取付
ボルト３０で取り付ける。次に、加圧用押しボルト８を
加圧用押しボルト取付板２９のネジ孔２９ｂに捩じ込
み、加圧用押しボルト８を押え板１０’の貫通孔１０’
ａに挿通させて、鋼球受け金具６上の鋼球７に、加圧押
しボルト８の先端部を接触させる。そして、図２に示す
ように、圧縮バネガイド５の端面と押え板９の端面が一
致するまで、加圧用押しボルト８を加圧用押しボルト取
付板２９に捩じ込むことにより、積層体を規定圧接力に
締付ける。スタック締め付け終了後、ロックナット３１
により加圧用押しボルト８を固定する。

【００６７】また、現地で行う素子交換作業も、第１の
実施形態と同様に、まず、圧縮バネ４の高さ寸法をＬ1
に拘束するために、図２に示すよう、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を捩じ込む。次に、加圧用押しボルト８ではなく、
４つの取付ボルト３０を緩めて、加圧用押しボルト８の
先端と鋼球７の間隔が素子交換可能になるまで空けて、
素子交換を実施する。素子交換後、４つの取付ボルト３
０を加圧用押しボルト取付板２９に捩じ込んで、積層体
を規定圧接力に締め付ける。

【００６８】以上のように、この実施形態では、現地で
行なう素子交換作業において、第４及び第５の実施形態
と同様、４つの取付ボルト３０を捩じって、積層体を規
定圧接力に締め付けているので、圧接力の負担を各ボル
ト３０に分担することができ、図２０に示す従来の技術
の加圧用押しボルト８ｘと比較して、ボルト荷重が１／
４になり、ボルトネジ径を約１／２することができる結
果、取付ボルト３０の締め付けトルクは、従来の加圧用
押しボルト８ｘの約１／８にすることができ、締め付け
作業に特殊なスパナを必要としない。

【００６９】一方、スタック組立作業では、１つの加圧
用押しボルト８を捩じって、積層体を規定圧接力に締め
付けているので、素子交換作業よりも、ボルト締め付け
トルクが大きくなるものの、このスタック組立作業は一
般的に工場で行なわれるので、特殊なスパナの使用が可
能で、１つの加圧用押しボルト８を捩じって、積層体を
規定圧接力に締め付けることができる。

【００７０】しかしながら、この実施形態では、工場で
行なわれるスタック組立作業においても、特殊なスパナ
が不要になるよう、図１３に示すように、加圧用押しボ
ルト８の先端部の円錐形穴の角度αを、第１の実施形態
と同様に、１２０゜から１７０゜の範囲内の１４０°に
したので、加圧用押しボルト８の締め付けトルクを約３
０％低減させることができる。

【００７１】以上のように、この実施形態においても、
先に述べた他の実施形態と同様、組立作業及び素子交換
作業の容易な半導体スタックを得ることができる。

【００７２】次に、第７の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図１４及び図１５を用いて説明する。な
お、図１４は、この実施形態における半導体スタックの
部分拡大詳細図であり、第６の実施形態の説明で用いた
図１２に対応する図である。また、図１５は、この実施
形態における加圧用押しボルト周りの拡大小差図であ
り、第６の実施形態の説明で用いた図１３と対応する図
である。

【００７３】この実施形態の半導体スタックにおいて、
第６の実施形態と異なるところは、第６の実施形態にお
ける鋼球７を使用せず、鋼球７と加圧用押しボルト８と
の機能を併せ持つ、先端が半球形の加圧押しボルト８’
を用いていると共に、鋼球受け金具６に代えて、加圧力
受け具６’を設けていることである。この加圧力受け具
６’には、加圧押しボルト８’の半球形の先端部が入り
込む円錐形穴が形成されている。この円錐形穴の角度α
は、第１の実施形態と同様に、１００゜から１７０゜の
範囲内の１４０°である。すなわち、この実施形態は、
第１の実施形態に対する第２の実施形態の関係を、第６
の実施形態に対して実現したものである。

【００７４】従って、この実施形態においても、第６の
実施形態と同様に、図２０に示す従来の技術の加圧用押
しボルト８ｘと比較して、組立作業時には、加圧用押し
ボルト８の締め付けトルクを約３０％低減させることが
でき、素子交換作業時には、加圧部材取付ボルト３０の
締め付けトルクを約１／８にすることができ、締め付け
作業に特殊なスパナを必要としない。

【００７５】次に、第８の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図１６を用いて説明する。なお、図１６
は、平形半導体スタックの部分拡大詳細図であり、第７
の実施形態の説明で用いた図１５に対応する図である。
この実施形態の半導体スタックにおいて、第７の実施形
態と異なるところは、加圧ボルト８”の先端に、ここに
螺合する袋ナット２２を設けたことである。なお、加圧
力受け具６に形成されている円錐形穴の角度αは、第７
の実施形態等と同じく、１００゜から１７０゜の範囲内
の１４０°である。すなわち、この実施形態は、第２の
実施形態に対する第３の実施形態の関係を、第７の実施
形態に対して実現したものである。

【００７６】従って、この実施形態においても、第６及
び第７の実施形態と同様に、図２０に示す従来の技術の
加圧用押しボルト８ｘと比較して、組立作業時には、加
圧用押しボルト８の締め付けトルクを約３０％低減させ
ることができ、素子交換作業時には、加圧部材取付ボル
ト３０の締め付けトルクを約１／８にすることができ、
締め付け作業に特殊なスパナを必要としない。

【００７７】次に、第９の実施形態としての半導体スタ
ックについて、図１７及び図２０にを用いて説明する。
この実施形態の半導体スタックにおいて、第１の実施形
態と異なるところは、第１の実施形態で、積層体の加圧
手段として用いた１つの加圧用押しボルト８の代わり
に、積層体の加圧手段として、先端部が半球形の４つの
加圧用押しボルト３３と、この４つの加圧用押しボルト
３３により押される中間加圧部材３２とを用いているこ
とである。

【００７８】中間加圧部材３３は、鋼球７の一部が入り
込む円錐台形穴が形成されている本体３２ｃと、押え板
支持ボルト１２が挿通されるガイド孔３２ａが形成され
ているフランジ３２ｂとを有している。中間加圧部材３
３の本体３２ｃには、円錐台形穴の反対側に、４つの加
圧用押しボルト３３の半球形先端部が接触するボルト当
接面３２ｂが形成されている。押え板１０”には、４つ
の加圧用押しボルト３３がそれぞれ捩じ込まれるネジ孔
１０”ｂが形成されている。

【００７９】この実施形態における半導体スタックの組
み立て作業では、第１の実施形態と同様に、押え板１
０”を、押え板９との間隔が所定間隔Ｌ４になるように
ナット１８で押え板支持ボルト１２に固定する。次に、
４つの加圧用押しボルト３３を押え板１０”に捩じ込
み、各加圧用押しボルト３３の半球形先端部を中間加圧
部材３２のボルト当接面３２ｄに接触させる。そして、
図２に示すように、圧縮バネガイド５の端面と押え板９
の端面が一致するまで、４つの加圧用押しボルト３３を
それぞれ押え板１０”にさらに捩じ込むことにより、積
層体を規定圧接力に締付ける。スタック締め付け終了後
には、ロックナット３４により各加圧用押しボルト３３
を固定する。

【００８０】また、現地で行う素子交換作業では、第１
の実施形態と同様に、圧縮バネ４の高さ寸法をＬ1に拘
束するために、圧縮バネガイド５に設けられたネジ穴５
bにワッシャ２０を介してボルト２１を捩じ込んだ後、
各加圧用押しボルト３３を緩めて、加圧用押しボルト３
３の先端と鋼球７の間隔が素子交換可能になるまで空け
て、素子交換を実施する。

【００８１】スタック組立作業及び素子交換作業におい
て、４つの加圧用押しボルト３３をそれぞれ押え板１
０”に捩じ込み、中間加圧部材３２を移動させる過程
で、中間加圧部材３２は、２本の押え板支持ボルト１２
でガイドされているために、平行移動し傾くことはな
い。このため、締め付け時における積層体の横ズレを防
止することができる。

【００８２】ここで、加圧用押しボルト３３の締め付け
トルクについて説明する。この実施形態においても、加
圧用押しボルト３３を４本用いていることで、第４及び
第５の実施形態と同様に、１本当たりの加圧用押しボル
ト３３の締め付けトルクは、従来の加圧用押しボルト８
ｘの約１／８にすることができる。

【００８３】ところで、加圧用押しボルト３３の締め付
けトルクは、ネジ部の摩擦トルクと先端部の摩擦トルク
との和である。また、先端部の摩擦トルクは、先端部の
接触径に比例する。このため、この実施形態のように、
加圧用押しボルト３３の先端部が半球形で、接触径が０
に近い場合には、先端部の摩擦トルクを最小にすること
ができる。従って、この実施形態では、１本当たりの加
圧用押しボルト３３の締め付けトルクは、結局、従来の
加圧用押しボルト８ｘの約１／８未満にすることができ
る。

【００８４】以上のように、この実施形態においても、
組立作業及び素子交換作業時のボルト締め付けトルクを
小さくすることができるので、特殊なスパナを用いなく
ても、容易に組立作業及び素子交換作業を行なうことが
できる。

【００８５】次に、第９の実施形態の変形例について、
図１９を用いて説明する。第９の実施形態における中間
加圧部材３２は、本体３２ｃとフランジ３２ｂとを一体
的に形成したものであるが、この変形例の中間加圧部材
は、本体３５とフランジ３６とをそれぞれ別体で形成し
た後、ネジ３７でフランジ３６を本体３５に取り付け、
両者を一体化したものである。この変形例の本体３５に
も、円錐台形穴及びボルト当接面３５ｄが形成され、フ
ランジ３６にも、ガイド孔３６ａが形成されている。

【００８６】以上のように、中間加圧部材を加工し易い
２部品で形成したので、第９の実施形態よりも、中間加
圧部材の加工が容易になり、低コストな半導体スタック
を得ることができる。なお、以上の変形例では、本体３
５とフランジ３６とをネジ接合しているが、溶接等によ
り接合してもよい。

【００８７】

【発明の効果】本発明では、加圧手段である加圧用押し
ボルトの先端の円錐形又は円錐台形穴の角度を１００゜
から１７０゜の範囲内に設定したことにより、素子の大
型化に伴うスタックの規定圧接力が増加しても、加圧用
押しボルトの締め付けトルクの増加を最小限に抑えるこ
とができ、加圧用押しボルトの締め付け作業が容易に行
える。これにより、組み立ておよび素子交換時作業を容
易に行なうことができる。

【００８８】また、他の発明では、押え板に捩じ込まれ
ることで加圧部材を積層方向に移動させる複数のボルト
を設けたので、積層体に対する圧接力の負担を各ボルト
に分担することができ、素子の大型化に伴うスタックの
規定圧接力が増加しても、先の発明と同様に、ボルトの
締め付けトルクの増加を最小限に抑えることができ、加
圧用押しボルトの締め付け作業が容易に行える。これに
より、組み立ておよび素子交換時作業を容易に行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施形態としての半導体ス
タックの正面図である。

【図２】本発明に係る第１の実施形態としての半導体ス
タックの圧縮バネ及びバネガイド周りの詳細断面図であ
る。

【図３】本発明に係る第１の実施形態としての加圧用押
しボルト周りの要部切欠き正面図である。

【図４】本発明に係る第２の実施形態としての加圧用押
しボルト周りの要部切欠き正面図である。

【図５】本発明に係る第３の実施形態としての加圧用押
しボルト周りの要部切欠き正面図である。

【図６】本発明に係る第４の実施形態としての半導体ス
タックの正面図である。

【図７】本発明に係る第４の実施形態としての半導体ス
タックの平面図である。

【図８】本発明に係る第４の実施形態としての加圧部材
周りの要部切欠き正面図である。

【図９】本発明に係る第５の実施形態としての加圧部材
周りの要部切欠き正面図である。

【図１０】本発明に係る第４の実施形態の変形例として
の加圧部材周りの要部切欠き正面図である。

【図１１】本発明に係る第５の実施形態の変形例として
の加圧部材周りの要部切欠き正面図である。

【図１２】本発明に係る第６の実施形態としての加圧手
段周りの要部切欠き正面図である。

【図１３】本発明に係る第６の実施形態としての加圧用
押しボルト周りの正面図である。

【図１４】本発明に係る第７の実施形態としての加圧手
段周りの要部切欠き正面図である。

【図１５】本発明に係る第７の実施形態としての加圧用
押しボルト周りの正面図である。

【図１６】本発明に係る第８の実施形態としての加圧用
押しボルト周りの正面図である。

【図１７】本発明に係る第９の実施形態としての加圧手
段周りの要部切欠き正面図である。

【図１８】本発明に係る第９の実施形態としての半導体
スタックの平面図である。

【図１９】本発明に係る第９の実施形態の変形例として
の加圧手段周りの要部切欠き正面図である。

【図２０】従来の半導体スタックの正面図である。

【符号の説明】

１…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、６’
…加圧力受け具、７…鋼球、８，８’，８”，３３…加
圧用押しボルト、９，１０，１０’，１０”…押え板、
１１…圧縮量指示針、１２…押え板支持ボルト、１３…
スタック取付用碍子、１４…圧縮量目視ボルト、１５…
スタック取付用ボルト、１６，１８…ナット、１７…組
立治具、１９…定規、２０…ワッシャ、２１…圧縮バネ
拘束用ボルト、２２…袋ナット、２３，２５…加圧部
材、２４…加圧部材取付用ボルト、２３ｃ，２５ｃ，２
６…加圧部材のフランジ、２３ａ，２５ａ，２７，２８
…加圧部材の加圧ロッド、２９…加圧用押しボルト取付
板、３０…取付ボルト、３１，３４…ロックナット、３
２…中間加圧部材、３２ｃ，３５…中間加圧部材の本
体、３２ｂ，３６…中間加圧部材のフランジ。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の半導体素子及び冷却部材とを一定の
   方向に積層した積層体と、互いに向い合い両者間に該積
   層体を配置できる間隔に設定されている二つの押え板
   と、一方の押え板と該積層体との間に配されている受け
   具と、他方の押え板と該積層体との間に配されている弾
   性体と、該一方の押え板に捩じ込まれ、この捩じ込み過
   程における該他方の押え板の方向への移動で、該受け具
   と共に該積層体を加圧する加圧部材である加圧用押しボ
   ルトと、を備えている半導体スタックにおいて、 前記加圧用押しボルトの先端部と前記受け具とのうち、
   一方には、他方の側に突出した半球形部を有する偏荷重
   防止部材が、形成され、又は、前記積層体の積層方向に
   対して垂直な方向に移動不能に接触させられ、他方に
   は、該半球部の一部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が
   形成され、 前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐台形穴の対向
   し合っている母線のなす角度は、１００°〜１７０°で
   あることを特徴とする半導体スタック。
2. 【請求項２】複数の半導体素子及び冷却部材とを一定の
   方向に積層した積層体と、互いに向い合い両者間に該積
   層体を配置できる間隔に設定されている二つの押え板
   と、一方の押え板と該積層体との間に配されている受け
   具と、他方の押え板と該積層体との間に配されている弾
   性体と、該一方の押え板に取り付けられ少なくとも一部
   が該他方の押え板の方向に移動して、該受け具と共に該
   積層体を加圧する加圧手段と、を備えている半導体スタ
   ックにおいて、 前記加圧手段は、前記積層体の積層方向に移動して前記
   受け具と共に該積層体を加圧する加圧部材と、前記一方
   の押え板に捩じ込まれることで該加圧部材を該積層方向
   に移動させる複数のボルトと、有し、 前記加圧手段の前記加圧部材と前記受け具とのうち、一
   方には、他方の側に突出した半球形部を有する偏荷重防
   止部材が、形成され、又は、前記積層方向に対して垂直
   な方向に移動不能に接触させられ、他方には、該半球部
   の一部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が形成されてい
   ることを特徴とする半導体スタック。
3. 【請求項３】請求項２に記載の半導体スタックにおい
   て、 前記加圧部材は、前記一方の押え板を基準として前記積
   層体と反対側に配されているフランジ部と、該フランジ
   部から前記他方の押え板の方向に伸び、該一方の押え板
   を貫通している加圧ロッド部と、を有し、 複数の前記ボルトは、それぞれ、前記加圧部材の前記フ
   ランジ部を前記積層方向に貫通し、前記一方の押え板に
   螺合していることを特徴とする半導体スタック。
4. 【請求項４】請求項２に記載の半導体スタックにおい
   て、 前記加圧部材は、前記一方の押え板と前記受け具との間
   に配され、 複数の前記ボルトは、前記一方の押え板に螺合し、先端
   部が前記加圧部材に接触することを特徴とする半導体ス
   タック。
5. 【請求項５】請求項４に記載の半導体スタックにおい
   て、 前記積層方向に伸び、二つの前記押え板の相互間隔を維
   持するための複数の押え板支持ボルトを備え、 前記加圧部材は、複数の前記ボルトの前記先端部が接触
   するボルト当接面が形成されている本体と、複数の押え
   板支持ボルトがそれぞれ挿通されるガイド孔が形成され
   ているフランジ部とを有することを特徴とする半導体ス
   タック。
6. 【請求項６】請求項４及び５のいずれか一項に記載の半
   導体スタックにおいて、 複数の前記ボルトの先端部は、半球形を成していること
   を特徴とする半導体スタック。
7. 【請求項７】複数の半導体素子及び冷却部材とを一定の
   方向に積層した積層体と、互いに向い合い両者間に該積
   層体を配置できる間隔に設定されている二つの押え板
   と、一方の押え板と該積層体との間に配されている受け
   具と、他方の押え板と該積層体との間に配されている弾
   性体と、該一方の押え板に取り付けられ少なくとも一部
   が該他方の押え板の方向に移動して、該受け具と共に該
   積層体を加圧する加圧手段と、を備えている半導体スタ
   ックにおいて、 前記加圧手段は、前記一方の押え板を基準として前記積
   層体と反対側に配されている加圧用押しボルト取付板
   と、該加圧用押しボルト取付板を貫通し該一方の押え板
   に螺合して、該加圧用押しボルト取付板を該一方の押え
   板に取り付ける複数の取付ボルトと、該加圧用押しボル
   ト取付板に螺合し且つ該一方の押え板を貫通して、前記
   受け具と共に該積層体を加圧する加圧部材である加圧用
   押しボルトと、有し、 前記加圧用押しボルトの先端部と前記受け具とのうち、
   一方には、他方の側に突出した半球形部を有する偏荷重
   防止部材が、形成され、又は、前記積層方向に対して垂
   直な方向に移動不能に接触させられ、他方には、該半球
   部の一部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が形成されて
   いることを特徴とする半導体スタック。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか一項に記載の半
   導体スタックにおいて、 前記偏荷重防止部材は、球であり、 前記加圧部材と前記受け具とには、それぞれ、該球の一
   部が入り込む円錐形又は円錐台形穴が形成されているこ
   とを特徴とする半導体スタック。
9. 【請求項９】請求項１及び７のいずれか一項に記載の半
   導体スタックにおいて、 前記偏荷重防止部材は、球であり、 前記加圧部材である前記加圧用押しボルトの先端部と前
   記受け具とには、それぞれ、該球の一部が入り込む円錐
   形又は円錐台形穴が形成され、 前記加圧用押しボルトの前記円錐形穴の頂角の角度、又
   は前記円錐台形穴の対向し合っている母線のなす角度
   は、１００°〜１７０°であり、 前記受け具の前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐
   台形穴の対向し合っている母線のなす角度は、前記加圧
   用押しボルトの前記円錐形穴又は前記円錐台形穴の該当
   角度より小さいことを特徴とする半導体スタック。
10. 【請求項１０】請求項１から７のいずれか一項に記載の
    半導体スタックにおいて、 前記偏荷重防止部材は、前記加圧部材に形成され、前記
    受け具の方向に突出した半球形部であり、 前記受け部には、前記加圧部材に形成された前記半球部
    の一部が入り込む前記円錐形又は円錐台形穴が形成され
    ていることを特徴とする半導体スタック。
11. 【請求項１１】請求項１及び７に記載の半導体スタック
    において、 前記偏荷重防止部材は、前記加圧部材である前記加圧用
    押しボルトの先端部に形成され、前記受け具の方向に突
    出した半球形部であり、 前記受け具には、前記加圧用押しボルトの先端部に形成
    された前記半球部の一部が入り込む前記円錐形又は円錐
    台形穴が形成され、 前記受け具の前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐
    台形穴の対向し合っている母線のなす角度は、１００°
    〜１７０°であることを特徴とする半導体スタック。
12. 【請求項１２】請求項１から７のいずれか一項に記載の
    半導体スタックにおいて、 前記偏荷重防止部材は、頂面が略半球状を成し、前記加
    圧部材に螺合している袋ナットであり、 前記受け具には、前記袋ナットの略半球状の頂面の一部
    が入り込む前記円錐形又は円錐台形穴が形成されている
    ことを特徴とする半導体スタック。
13. 【請求項１３】請求項１及び７のいずれか一項に記載の
    半導体スタックにおいて、 前記偏荷重防止部材は、頂面が略半球状を成し、前記加
    圧部材である加圧用押しボルトの先端部に螺合している
    袋ナットであり、 前記受け具には、前記袋ナットの略半球状の頂面の一部
    が入り込む前記円錐形又は円錐台形穴が形成され、 前記受け具の前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐
    台形穴の対向し合っている母線のなす角度は、１００°
    〜１７０°であることを特徴とする半導体スタック。
14. 【請求項１４】請求項１、９、１１及び１３のいずれか
    一項に記載の半導体スタックにおいて、 前記円錐形穴の頂角の角度、又は前記円錐台形穴の対向
    し合っている母線のなす角度は、１２０°〜１７０°で
    あることを特徴とする半導体スタック。
15. 【請求項１５】請求項１、７、９、１３及び１４のいず
    れか一項に記載の半導体スタックにおいて、 前記加圧用押しボルトに螺合し、該加圧用押しボルトの
    前記積層方向への移動を止めるロックナットを備えてい
    ることを特徴とする半導体スタック。