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JP3109796B2 - Self-extinguishing device - Google Patents
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JP3109796B2 - Self-extinguishing device - Google Patents

Self-extinguishing device

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JP3109796B2
JP3109796B2 JP07078505A JP7850595A JP3109796B2 JP 3109796 B2 JP3109796 B2 JP 3109796B2 JP 07078505 A JP07078505 A JP 07078505A JP 7850595 A JP7850595 A JP 7850595A JP 3109796 B2 JP3109796 B2 JP 3109796B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遮断能力を格段に向上
させることが出来る自己消弧デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-extinguishing device capable of significantly improving a breaking ability.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在インバータは多くの分野で利用され
るようになったが、大形装置ではゲートターンオフサイ
リスタ(以下GTOと言う)が、中小形装置では絶縁ゲ
―トバイポーラトランジスタ(以下IGBTと言う)が
専ら使用されている。
2. Description of the Related Art Inverters have been used in many fields at present, but gate turn-off thyristors (hereinafter referred to as GTO) for large-sized devices, and insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBTs) for small-sized devices. Is used exclusively.

【0003】一般に、ゲート(ベースと呼ばれるものも
ある)で主電流をターンオン・ターンオフ可能なデバイ
スは自己消弧デバイスと呼ばれる。自己消弧デバイスに
はGTOのようなサイリスタ動作を行うものと、IGB
Tのようなトランジスタ動作を行うものがある。前者は
一旦通電した主電流がある値以下に減少しない限りは、
ゲート電流・電圧を取去ってもオンし続ける。後者は主
電流を流し続けるには常にゲート電流・電圧の印加が必
要である。例外的にはSITのようにオフ状態を保つた
めにゲートに電圧を印加しなければならないデバイスも
ある。
Generally, a device capable of turning on and off a main current at a gate (sometimes called a base) is called a self-extinguishing device. A self-extinguishing device has a thyristor operation such as GTO, and an IGB
Some perform a transistor operation such as T. For the former, as long as the main current once supplied does not decrease below a certain value,
It keeps on even after removing the gate current and voltage. In the latter case, it is necessary to always apply a gate current / voltage to keep the main current flowing. Exceptionally, some devices, such as SIT, require a voltage to be applied to the gate to maintain the off state.

【0004】パワー用の自己消弧デバイスの内部は一つ
のチップ上のセグメント、あるいはセルと呼ばれるそれ
自身が自己消弧デバイスである多数のセグメントの集合
体で構成されている。GTOの場合はセグメントと呼
び、それ以外の多くの自己消弧デバイスでは、セルと呼
ぶことの方が多いが、ここでは区別せずにセグメントと
言うことにする。
The inside of a power self-extinguishing device is composed of a segment on one chip, or an aggregate of many segments called cells, which are self-extinguishing devices themselves. In the case of GTO, it is called a segment, and in many other self-extinguishing devices, it is more often called a cell, but here it is called a segment without distinction.

【0005】1000AのGTOとはアノードに流れる
主電流が1000A以内であればゲ―トでオフすること
が出来ることを保障しており、これを最大ターンオフ電
流あるいは最大可制御電流といい、これを超える電流を
ゲートでオフした場合は、GTOを破壊する恐れがあ
る。GTOを使用した装置では一般に定格電流ピーク値
A、過負荷電流ピ―ク値B、保護レベルC及びGTOの
最大ターンオフ電流Dとの間には次の関係がある。
[0005] A GTO of 1000 A guarantees that the gate can be turned off if the main current flowing to the anode is within 1000 A, which is called a maximum turn-off current or a maximum controllable current. If the current exceeding the threshold is turned off at the gate, the GTO may be destroyed. In a device using the GTO, the following relationship is generally established between the rated current peak value A, the overload current peak value B, the protection level C, and the maximum turn-off current D of the GTO.

【0006】A<B<C<D Dを1000Aとすると、Cは800A、Bは700A
程度になる。過負荷の値は負荷の種類で決まるものであ
るが、これを150%とすると定格値Aは467A、実
効値は330Aになる。半導体デバイスは温度上昇値の
限界から流せる電流値が決まることが多いが、330A
という値は熱的な制約とは無関係な最大タ―ンオフ電流
から決まる値である。もしこのGTOの最大ターンオフ
電流が高ければ定格電流をもっと高く出来て、従って、
同じコストで大きな容量の装置が製作出来る可能性があ
る。そのため最大ターンオフ電流を増すための種々の対
策が行われている。
If A <B <C <DD is 1000A, C is 800A and B is 700A.
About. The value of the overload is determined by the type of load. If this value is set to 150%, the rated value A is 467 A and the effective value is 330 A. In semiconductor devices, the current value that can flow is often determined from the limit of the temperature rise value.
Is a value determined from the maximum turn-off current independent of the thermal constraint. If the maximum turn-off current of this GTO is high, the rated current can be higher and therefore
There is a possibility that a large capacity device can be manufactured at the same cost. Therefore, various measures have been taken to increase the maximum turn-off current.

【0007】関・倉田・竹内編「ターンオフサイリス
タ」電気書院、昭和58年4月出版の46頁にはセグメ
ントの数に比例して最大ターンオフ電流が増加しない旨
記載されている。即ち、数百数千のセグメントを並列動
作させた場合でもターンオフの最終段階では限られた数
のセグメントに電流集中が起こるためである。最大ター
ンオフ電流を超える電流を遮断するとGTOが破壊する
のは、電流集中を起したセグメント内部でアバランシェ
ブレークダウンが生ずるためとされている。
Seki / Kurata / Takeuchi ed., "Turn-off thyristor", Denki Shoin, page 46, published in April 1983, states that the maximum turn-off current does not increase in proportion to the number of segments. That is, even when hundreds or thousands of segments are operated in parallel, current concentration occurs in a limited number of segments at the final stage of turn-off. It is said that the reason why the GTO is broken when the current exceeding the maximum turn-off current is cut off is that avalanche breakdown occurs inside the segment where the current concentration occurs.

【0008】GTOの最大ターンオフ電流を出来るだけ
上げる為のこれまでの有力な手段がセグメントの微細化
とゲート抵抗の低減である。東芝レビュー、1992、
VOL.47,NO.1,29頁、図7には微細化とゲ
ート抵抗低減により最大ターンオフ電流が増加する様子
が示されている。しかしながら微細化とゲート抵抗の低
減だけでは、最大タ―ンオフ電流の増加には限界があ
る。
The most effective means to increase the maximum turn-off current of the GTO as far as possible are miniaturization of the segment and reduction of the gate resistance. Toshiba Review, 1992,
VOL. 47, NO. FIG. 7 on pages 1, 29 and FIG. 7 shows how the maximum turn-off current increases due to miniaturization and reduction in gate resistance. However, the increase in the maximum turn-off current is limited only by miniaturization and reduction of the gate resistance.

【0009】又、GTOには必ずスナバ回路が必要であ
る。スナバ回路の代表的な回路を図5に示す。図におい
て、1はスナバコンデンサ、2はスナバダイオード、3
が放電抵抗、4がGTOである。GTO4がターンオフ
するとそれまでGTO4に流れていたアノード電流iは
スナバコンデンサ1に移る。
Further, the GTO always requires a snubber circuit. FIG. 5 shows a typical snubber circuit. In the figure, 1 is a snubber capacitor, 2 is a snubber diode, 3
Denotes a discharge resistance, and 4 denotes a GTO. When the GTO 4 is turned off, the anode current i that has been flowing through the GTO 4 until then is transferred to the snubber capacitor 1.

【0010】図6はGTO4がターンオフしたときのア
ノード電流iとアノード電圧VAKの波形である。最後に
ターンオフしたセグメントの電流とGTO4の両端に印
加される電圧の積に相当する瞬時電力が、そのセグメン
トの発生損失Pとなる。この発生損失PとGTO4のタ
ーンオフ失敗による破壊とは相関関係があり、Pがある
値を超えると破壊に至る。Pは図6に示すスパイク電圧
Vdsp にほぼ比例する。スパイク電圧Vdsp は容易に観
測出来るので、このVdsp がある値を超えないように管
理している。スパイク電圧Vdsp を決める要素は、スナ
バコンデンサ1、スナバダイオード2、GTO4の閉回
路内に存在するストレーインダクタンスLs とdi/d
tである。ストレ―インダクタンスLs を減す為に、極
力ストレーインダクタンスLs の少ない部品の選定と配
線の工夫が行われる。
FIG. 6 shows waveforms of the anode current i and the anode voltage VAK when the GTO 4 is turned off. The instantaneous power corresponding to the product of the current of the segment turned off last and the voltage applied to both ends of the GTO 4 is the generated loss P of the segment. There is a correlation between the generated loss P and the destruction due to the failure of the GTO 4 to be turned off. When P exceeds a certain value, the destruction occurs. P is substantially proportional to the spike voltage Vdsp shown in FIG. Since the spike voltage Vdsp can be easily observed, the spike voltage Vdsp is managed so as not to exceed a certain value. The factors that determine the spike voltage Vdsp are the stray inductances Ls and di / d existing in the closed circuit of the snubber capacitor 1, snubber diode 2, and GTO4.
t. In order to reduce the stray inductance Ls, parts having the least stray inductance Ls are selected and wiring is devised.

【0011】前述の「ターンオフサイリスタ」の第11
5頁の第5・24図にはスナバコンデンサ容量を増す
と、最大ターンオフ電流が増加することが記されてい
る。一般にスナバコンデンサ容量を増すと最大ターンオ
フ電流は増加するが、図5のスナバ回路ではGTOのオ
ン・オフの1サイクルに1回、概ねCV2 /2の損失が
スナバ抵抗で消費される。ここでCはスナバコンデンサ
容量、Vはスナバコンデンサ電圧である。高電圧・高電
流のGTOの場合は1個のスナバの損失が数10kwに
達するので、極力スナバコンデンサ容量を小さくしたい
という要求がある。
The eleventh of the aforementioned "turn-off thyristor"
FIG. 5 ・ 24 on page 5 states that the maximum turn-off current increases when the snubber capacitor capacity is increased. Although generally in the snubber capacitor capacitance increases the maximum turn-off current increases, in the snubber circuit of Figure 5 once per cycle of the GTO on and off, roughly loss of CV 2/2 is consumed by the snubber resistor. Here, C is a snubber capacitor capacity, and V is a snubber capacitor voltage. In the case of a high-voltage, high-current GTO, the loss of one snubber reaches several tens of kilowatts.

【0012】これに対しては前述の東芝レビューの第2
8頁にはスナバコンデンサ容量を低減する手段として微
細化とゲート部の低抵抗層の形成を用いたことが記され
ている。図7はGTOのカソード側の一部を拡大した図
である。図において、12はカソ―ド電極、13はゲー
ト電極、16は絶縁樹脂膜である。GTOは一般にP型
シリコンとN型シリコンをPE NB PB NE の順に形成
して作られるが、図7ではアノード側のPE 層は省略さ
れている。ここで添字E はエミッタ層、B はベ―ス層と
それぞれの動作役割を示すものとして慣用的に付けられ
る。カソード電極12はメサと呼ばれるように丘状に盛
り上っている箇所にある。ここで言う微細化とは図7に
示すカソード電極下部のNE 層の横幅Ws を従来の1/
2の160μmに狭めたことを言い、これによりセグメ
ントの中心部とゲ―ト電極までの距離が短くなる。また
ゲート部低抵抗層とはゲート電極下部のPB 層にP+ B
層と言う不純物濃度の高い層を設けることを言う。これ
らの手段はセグメント間の動作バラツキを減少させスナ
バコンデンサ容量を低減できる効果をもたらした。その
結果は図8に示すようにターンオフ波形に現れている。
即ち、図8(a)では従来構造の場合、(b)は構造を
改善しターンオフの際のセグメント間の動作のバラツキ
が減少した場合の波形である。スパイク電圧Vdsp は改
善後の方が増加しているが、バラツキが減っているので
セグメント1個当たりの損失は減少している。
In response to this, the second part of the aforementioned Toshiba Review
On page 8, it is described that miniaturization and formation of a low-resistance layer in the gate portion were used as means for reducing the snubber capacitor capacitance. FIG. 7 is an enlarged view of a part of the GTO on the cathode side. In the figure, 12 is a cathode electrode, 13 is a gate electrode, and 16 is an insulating resin film. The GTO is generally made by forming P-type silicon and N-type silicon in the order of PENBPBNE, but the PE layer on the anode side is omitted in FIG. Here, the suffix E is conventionally attached to the emitter layer, and B is used to indicate the base layer and the operation role thereof. The cathode electrode 12 is located at a hill-like portion called a mesa. The miniaturization here means that the width Ws of the NE layer below the cathode electrode shown in FIG.
2 to 160 μm, which reduces the distance between the center of the segment and the gate electrode. In addition, the gate part low resistance layer means that P + B
This means that a layer having a high impurity concentration called a layer is provided. These means have the effect of reducing the variation in operation between segments and reducing the capacitance of the snubber capacitor. The result appears in the turn-off waveform as shown in FIG.
That is, FIG. 8A shows a waveform in the case of the conventional structure, and FIG. 8B shows a waveform in the case where the structure is improved and the variation in operation between segments at the time of turn-off is reduced. Although the spike voltage Vdsp increases after the improvement, the loss per segment decreases because the variation is reduced.

【0013】トランジスタ動作を行う自己消弧デバイス
はGTOに比べて遥かに微細化されたセグメントから構
成される。MOSFETのように電子あるいは正孔のい
ずれか一方のキャリアを用いるモノポーラ型の場合は関
係ないが、電子と正孔の二つのキャリアを利用するバイ
ポーラ型のデバイスでは、多かれ少なかれセグメント間
の電流がアンバランスする。破壊耐量の大きいIGBT
においても、ターンオフ時の電流集中が全く無い訳では
なく、ターンオフの遅れたセグメントで耐量が規定され
る。従って、ターンオフのバラツキを少なくすることが
色々検討されているが、いずれも微細化とか抵抗分を減
すなどの半導体物理に基づく手段が講じられている。
A self-extinguishing device that performs a transistor operation is composed of segments that are much finer than a GTO. It does not matter if the device is a monopolar device that uses either electron or hole carriers, such as a MOSFET.However, in a bipolar device that uses two carriers, electrons and holes, the current between the segments is more or less unamped. To balance. IGBT with high breakdown strength
In this case, the current concentration at the time of turn-off is not completely absent, and the withstand capability is defined by the segment whose turn-off is delayed. Accordingly, various studies have been made to reduce the variation of the turn-off, but in all cases, means based on semiconductor physics such as miniaturization and reduction of resistance are taken.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】もし多数のセグメント
の多くが同時にターンオフすることが出来ればセグメン
トの数に比例してターンオフ能力が向上し、スナバコン
デンサ容量を低減することが出来るため、装置の損失が
低減出来るばかりか、装置の小形化、低コスト化が可能
になる。
If many of the segments can be turned off at the same time, the turn-off capability is improved in proportion to the number of segments, and the capacity of the snubber capacitor can be reduced. Not only can be reduced, but also the size and cost of the device can be reduced.

【0015】本発明目的は、上記問題点を解決するため
になされたもので、セグメント間の電流バランスを改善
し最大ターンオフ電流値の高い自己消弧デバイスを提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a self-extinguishing device in which the current balance between segments is improved and the maximum turn-off current value is high.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項1に記載の自己消弧デバイスは、
複数のセグメントの並列回路から成る自己消弧デバイス
において、それぞれのセグメント毎あるいはセグメント
グループ毎に、ゲートに近い側の主電極の周囲に高比透
磁率を有する磁性材料を配置することによって達成され
る。
According to the present invention, there is provided a self-extinguishing device according to the first aspect of the present invention.
In a self-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of segments, this is achieved by arranging a magnetic material having a high relative permeability around a main electrode close to a gate for each segment or segment group. .

【0017】又、請求項2に記載の自己消弧デバイス
は、複数のメサ型のセグメントの並列回路から成る自己
消弧デバイスにおいて、それぞれのメサ型セグメント毎
あるいはセグメントグループ毎にゲートに近い側の主電
極の周囲に高比透磁率を有する磁性材料を配置すること
によって達成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a self-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of mesa-type segments, wherein each mesa-type segment or each segment group has a side closer to the gate. This is achieved by arranging a magnetic material having a high relative permeability around the main electrode.

【0018】更に、請求項3に記載の自己消弧デバイス
は、複数のセグメントの並列回路から成るプレーナ型自
己消弧デバイスにおいて、それぞれのセグメント毎ある
いはセグメントグループ毎に、ゲートに近い側の主電極
の周囲にトレンチを設けそのトレンチ内部に高比透磁率
を有する磁性材料を配置することによって達成される。
Further, in the self-extinguishing device according to the third aspect, in the planar type self-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of segments, the main electrode closer to the gate is provided for each segment or segment group. And a magnetic material having a high relative magnetic permeability is arranged inside the trench.

【0019】更に又、請求項4に記載の自己消弧デバイ
スは、請求項1又は請求項2或いは請求項3に記載の自
己消弧デバイスの主電極間に、コンデンサまたはコンデ
ンサ機能を有する材料を近接配置することによって達成
される。
Further, the self-arc-extinguishing device according to claim 4 is characterized in that a capacitor or a material having a capacitor function is provided between the main electrodes of the self-extinguishing device according to claim 1, 2, or 3. This is achieved by placing them in close proximity.

【0020】[0020]

【作用】前述のように構成することにより、ターンオフ
末期の少数セグメントへの電流集中が抑えられ、その結
果最大ターンオフ電流の飛躍的な増加とスナバコンデン
サ容量の低減が可能となる。
According to the configuration described above, current concentration on a small number of segments at the end of turn-off can be suppressed, and as a result, the maximum turn-off current can be dramatically increased and the capacitance of the snubber capacitor can be reduced.

【0021】[0021]

【実施例】以下本発明の一実施例を図1の構成図を参照
して説明する。図1は本発明を適用したGTOの断面を
示したものである。多数のセグメントから成るがここで
は簡単の為2個のセグメントa,bのみを扱う。図にお
いて、11はカソード電極、12はセグメントのカソー
ド電極、13はセグメントのゲート電極、14はアノー
ド電極である。15は比透磁率の大きい例えば105
度の磁性材料、16は表面保護用絶縁樹脂膜である。因
みに、従来のGTOには15の部分が無い。カソード電
極11はセグメントのカソード電極12を互いに接続し
てGTOの外部に通じるカソード電極に接続される。セ
グメントのゲート電極13は図示していない箇所で互い
に接続されてGTOの外部に通じるゲート電極に接続さ
れている。アノード電極14は図示していないモリブデ
ン板等を介してGTOの外部に通じるアノード電極に接
続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the block diagram of FIG. FIG. 1 shows a cross section of a GTO to which the present invention is applied. Although it is composed of many segments, only two segments a and b are handled here for simplicity. In the figure, 11 is a cathode electrode, 12 is a segment cathode electrode, 13 is a segment gate electrode, and 14 is an anode electrode. Reference numeral 15 denotes a magnetic material having a large relative magnetic permeability, for example, about 10 5 , and 16 denotes an insulating resin film for surface protection. Incidentally, the conventional GTO does not have 15 parts. The cathode electrode 11 connects the cathode electrodes 12 of the segments to each other and is connected to a cathode electrode communicating with the outside of the GTO. The gate electrodes 13 of the segments are connected to each other at a location (not shown) and are connected to a gate electrode communicating with the outside of the GTO. The anode electrode 14 is connected to an anode electrode connected to the outside of the GTO via a molybdenum plate or the like (not shown).

【0022】次に、前述構成から成る本発明のGTOの
動作を説明する。本発明のGTOではセグメントのカソ
ード電極12の周囲に比透磁率の大きい磁性材料15
(以下、単に磁性材と記す)が配置されているのが特徴
である。これにより各セグメントのカソード電極12を
流れる主電流により磁性材15に磁束を生じるが、この
磁束の変化を妨げる起電力がカソード電極12下部のN
E 層に発生する。この大きさは電流の変化に比例し、そ
の比例定数がインダクタンスと呼ばれるものである。こ
のインダクタンスがそれぞれのセグメントに配置される
効果を以下説明する。
Next, the operation of the GTO of the present invention having the above configuration will be described. In the GTO of the present invention, a magnetic material 15 having a high relative permeability is provided around the cathode electrode 12 of the segment.
(Hereinafter, simply referred to as a magnetic material). As a result, a magnetic flux is generated in the magnetic material 15 by the main current flowing through the cathode electrode 12 of each segment.
Occurs in the E layer. This magnitude is proportional to the change in current, and the proportional constant is called inductance. The effect of this inductance being arranged in each segment will be described below.

【0023】図2(a)は本発明のGTO、図2(b)
は従来のGTOの等価回路を示したものである。一見し
て分るように本発明のGTOにおいては各セグメント
a,bのカソード12にインダクタンスLka、Lkbが加
わっている。いずれの場合もセグメントaはセグメント
bよりΔtだけターンオフが速い特性を持つものとす
る。それぞれのセグメントのアノード電流をIa,Ib
とし、定常時はIa=Ib=Iとする。
FIG. 2A shows a GTO of the present invention, and FIG.
Shows an equivalent circuit of the conventional GTO. As can be seen at a glance, in the GTO of the present invention, the inductances Lka and Lkb are added to the cathodes 12 of the segments a and b. In any case, the segment a has a characteristic that the turn-off is faster than the segment b by Δt. The anode current of each segment is represented by Ia, Ib
In a steady state, Ia = Ib = I.

【0024】まず図2(b)においてはセグメントaが
先にタ―ンオフするとそれまでセグメントaに流れてい
た電流Iaはセグメントbに直ちに移り、その電流はI
a+Ib=2Iとなる。従ってセグメントbは2倍の電
流をターンオフしなければならない。実際には多くのセ
グメントの電流が一つのセグメントに集中するので、電
流値は数10倍ら数100倍になる。
First, in FIG. 2B, when the segment a is turned off first, the current Ia which has been flowing through the segment a immediately shifts to the segment b.
a + Ib = 2I. Thus, segment b must turn off twice the current. Actually, the current of many segments concentrates on one segment, so the current value becomes several tens to several hundred times.

【0025】次に図2(a)の本発明の場合は、セグメ
ントaが先にターンオフしようとすると、インダクタン
スLka,Lkbの作用で電流の変化を妨げる向きの電圧が
図示のように発生してセグメントaからセグメントbへ
の急激な移動を抑制する。
Next, in the case of the present invention shown in FIG. 2 (a), when the segment a is to be turned off first, a voltage is generated as shown in the drawing to prevent the current from changing due to the action of the inductances Lka and Lkb. Abrupt movement from segment a to segment b is suppressed.

【0026】インダクタンスLkaの電圧は、セグメント
aのゲート電流を抑制する向きの電圧ともなり、ターン
オフを遅らせる効果をもたらす。[前述の「ターンオフ
サイリスタ」の第71頁の第3・14図に示すようにゲ
ート電流の勾配によりターンオフ時間(蓄積時間と降下
時間の和)が変化することが知られている。]一方、セ
グメントbのゲートに対してはターンオフを速める向き
の電圧となる。
The voltage of the inductance Lka also serves as a voltage for suppressing the gate current of the segment a, and has an effect of delaying turn-off. [It is known that the turn-off time (the sum of the accumulation time and the fall time) changes depending on the gradient of the gate current, as shown in FIG. 3/14 on page 71 of the aforementioned “turn-off thyristor”. On the other hand, the voltage of the gate of the segment b is such that the turn-off is accelerated.

【0027】かように、磁性材15を配置することによ
り、セグメントのターンオフのバラツキを抑えて1個の
セグメントに電流が集中することを防止することが出来
る。これにより最大ターンオフ電流値が増大する。セグ
メントがターンオフする電流値が減少することにより、
1個のセグメント当りの電力損失は当然小さくなるの
で、スナバコンデンサ容量も小さく出来る。
By arranging the magnetic material 15 as described above, it is possible to suppress variations in the turn-off of the segments and prevent the current from being concentrated on one segment. This increases the maximum turn-off current value. By decreasing the current value at which the segment turns off,
Since the power loss per segment is naturally reduced, the capacitance of the snubber capacitor can be reduced.

【0028】図3は、セグメントのゲート電極12と磁
性材15との配置を示した図で、セグメントのカソ―ド
電極12の横幅を図7のようにWs 、縦幅をWL 、また
磁性材15の横幅をL、磁性材15の高さをH(図1に
示されている)、セグメントの周囲平均磁路長をWo と
し、Hを20μm、Lを100μm(1セグメント当り
その半分の50μm)、Wo を10-2mとしてセグメン
トのインダクタンスの大きさを概算してみると、磁気回
路の断面積=(20×50)=10-92 となり、イン
ダクタンスは13nHとなる。
FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the gate electrode 12 and the magnetic material 15 of the segment. The horizontal width of the cathode electrode 12 of the segment is Ws, the vertical width is WL, and the magnetic material 15 is as shown in FIG. The width of the magnetic material 15 is L, the height of the magnetic material 15 is H (shown in FIG. 1), the average magnetic path length around the segment is Wo, H is 20 μm, L is 100 μm (half of 50 μm per segment). ), When Wo is 10 -2 m and the size of the inductance of the segment is roughly calculated, the sectional area of the magnetic circuit is (20 × 50) = 10 -9 m 2 , and the inductance is 13 nH.

【0029】図4の他の実施例で示すように、セグメン
トのカソード電極12の金属部分を厚くして、その金属
部分の周囲にも磁性材15を配置することにより数10
から数100nHのインダクタンスが得られる。電極部
の厚みの他に空隙を設けるとか、磁粉といったそれ自身
で粒と粒の間に空隙が入る材料を用いてインダクタンス
の大きさを最適値に選定出来る。これは単にインダクタ
ンスの大きさばかりではなく、ある電流値以下ではイン
ダクタンスが飽和しないようにすることが重要であるた
め、空隙が必要となる。
As shown in another embodiment of FIG. 4, by increasing the thickness of the metal portion of the cathode electrode 12 of the segment and disposing the magnetic material 15 also around the metal portion,
, An inductance of several hundred nH is obtained. The size of the inductance can be selected to an optimum value by providing a gap in addition to the thickness of the electrode portion, or by using a material such as magnetic powder, which has a gap between grains by itself. This is not limited to the magnitude of the inductance, but it is important that the inductance does not saturate below a certain current value, so a gap is required.

【0030】プレーナー型の自己消弧デバイスの場合は
カソード(エミッタあるいはソースと呼ぶこともある)
部分が盛上っているので、電極部を厚くする必要があ
る。また効果は少し薄れるが、プロセス上から複数のセ
グメント(数は微細化の程度で変化するので、面積で
0.1cm2 程度)単位にまとめてアルミの電極を設
け、その一部のアルミ電極の厚みを増してその周囲に磁
性材を蒸着させる方法もある。またトレンチを掘ってそ
の中に磁性材を埋め込む方法もある。
In the case of a planar type self-extinguishing device, a cathode (sometimes called an emitter or a source)
Since the portion is raised, it is necessary to make the electrode portion thick. In addition, although the effect is slightly diminished, aluminum electrodes are collectively provided in units of a plurality of segments (the number varies depending on the degree of miniaturization, so the area is about 0.1 cm 2 ), and some aluminum electrodes are provided. There is also a method of increasing the thickness and depositing a magnetic material around the thickness. There is also a method of digging a trench and embedding a magnetic material therein.

【0031】本発明により多数のセグメントが一斉にタ
ーンオフすると、図6に示すVdspが増加することにな
る。前述のようにスナバ回路のインダクタンスの電圧
(Lsdi/dt)が増加することによる。個々のセグ
メントの瞬時電力(Vdsp とセグメント電流の積)はV
dsp が高くなっても、セグメント電流が減少するので総
合的には瞬時電力は小さくなっているが、Vdsp は低い
方が望ましい。
When a large number of segments are simultaneously turned off according to the present invention, Vdsp shown in FIG. 6 increases. As described above, this is because the voltage (Lsdi / dt) of the inductance of the snubber circuit increases. The instantaneous power (product of Vdsp and segment current) of each segment is V
Even if dsp increases, the instantaneous power is reduced overall because the segment current decreases, but it is desirable that Vdsp be low.

【0032】Vdsp を抑えるにはスナバ回路のストレー
インダクタンスを小さくすればよいが、これには限界が
あるので、スナバ回路とは別に自己消弧デバイスに出来
るだけ近接して小容量のコンデンサをアノード・カソー
ド間に配置した方がよい。そのために外周器の内部にコ
ンデンサかコンデンサと同じ働きを有する材料を入れて
おくのがよい。
To suppress Vdsp, the stray inductance of the snubber circuit may be reduced. However, since there is a limit to this, a small-capacity capacitor is connected as close to the self-extinguishing device as possible separately from the snubber circuit. It is better to arrange between the cathodes. For this purpose, it is preferable to put a capacitor or a material having the same function as the capacitor inside the outer package.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数のセグメント間あるいは多数のセグメントグループ
間のターンオフ時の電流集中が緩和されるため、 (1) 同一ペレット寸法で取り得る最大ターンオフ電流が
増加する。 (2) 同一の電流をターンオフする場合のスナバコンデン
サの容量が減少する。等の効果が得られ、その結果これ
を使用したインバータ等の半導体変換装置の小形化、高
効率化、低コスト化に寄与するものである。
As described above, according to the present invention,
Since the current concentration at the time of turn-off between a large number of segments or between a large number of segment groups is reduced, (1) the maximum turn-off current that can be obtained with the same pellet size increases. (2) The capacity of the snubber capacitor when turning off the same current is reduced. As a result, it is possible to reduce the size, increase the efficiency, and reduce the cost of a semiconductor conversion device such as an inverter using the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す自己消弧デバイスの一
部断面図。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a self-extinguishing device showing one embodiment of the present invention.

【図2】自己消弧デバイスの等価回路で、(a)は本発
明を適用した自己消弧デバイスの等価回路、(b)は従
来の自己消弧デバイスの等価回路。
FIG. 2 is an equivalent circuit of a self-extinguishing device, (a) is an equivalent circuit of a self-extinguishing device to which the present invention is applied, and (b) is an equivalent circuit of a conventional self-extinguishing device.

【図3】本発明の自己消弧デバイスにおけるセグメント
のカソード電極と磁性材との配置関係を示した図。
FIG. 3 is a view showing an arrangement relationship between a cathode electrode of a segment and a magnetic material in the self-extinguishing device of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例を示す自己消弧デバイスの
一部断面図。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a self-extinguishing device showing another embodiment of the present invention.

【図5】自己消弧デバイスに付随するスナバ回路。FIG. 5 shows a snubber circuit associated with a self-extinguishing device.

【図6】自己消弧デバイスのターンオフ時のアノード電
圧と電流の波形図。
FIG. 6 is a waveform diagram of an anode voltage and a current when the self-extinguishing device is turned off.

【図7】自己消弧デバイスのカソード側の一部拡大断面
図。
FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view on the cathode side of the self-extinguishing device.

【図8】自己消弧デバイスのターンオフ時のアノード電
圧と電流の波形図で、(a)はセグメント間の動作が不
均一な場合の特性、(b)は動作が均一な場合の特性。
FIGS. 8A and 8B are waveform diagrams of an anode voltage and a current when the self-extinguishing device is turned off. FIG. 8A shows a characteristic when the operation between segments is uneven, and FIG. 8B shows a characteristic when the operation is uniform.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …スナバコンデンサ 2 …スナ
バダイオード 3 …放電抵抗 4 …GT
O 11 …カソード電極 12 …セグ
メントのカソード電極 13 …セグメントのゲート電極 14 …アノ
ード電極 15 …比透磁率の大きい磁性材料 16 …表面
保護用絶縁樹脂膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Snubber capacitor 2 ... Snubber diode 3 ... Discharge resistance 4 ... GT
O 11 cathode electrode 12 segment cathode electrode 13 segment gate electrode 14 anode electrode 15 magnetic material having a large relative magnetic permeability 16 insulating resin film for surface protection

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/744 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/744

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数のセグメントの並列回路から成る
自己消弧デバイスにおいて、それぞれのセグメント毎あ
るいはセグメントグループ毎に、ゲートに近い側の主電
極の周囲に高比透磁率を有する磁性材料を配置した自己
消弧デバイス。
In a self-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of segments, a magnetic material having a high relative permeability is arranged around a main electrode close to a gate for each segment or segment group. Self extinguishing device.
【請求項2】 複数のメサ型のセグメントの並列回路
から成る自己消弧デバイスにおいて、それぞれのメサ型
セグメント毎あるいはセグメントグループ毎にゲートに
近い側の主電極の周囲に高比透磁率を有する磁性材料を
配置した自己消弧デバイス。
2. A self-arc-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of mesa-type segments, wherein each mesa-type segment or each segment group has a high magnetic permeability around a main electrode near a gate. Self-extinguishing device with material placed.
【請求項3】 複数のセグメントの並列回路から成る
プレーナ型自己消弧デバイスにおいて、それぞれのセグ
メント毎あるいはセグメントグループ毎に、ゲートに近
い側の主電極の周囲にトレンチを設けそのトレンチ内部
に高比透磁率を有する磁性材料を配置した自己消弧デバ
イス。
3. A planar self-extinguishing device comprising a parallel circuit of a plurality of segments, wherein a trench is provided around a main electrode near a gate for each segment or segment group, and a high ratio is provided inside the trench. A self-extinguishing device in which a magnetic material having magnetic permeability is arranged.
【請求項4】 請求項1又は請求項2或いは請求項3
に記載の自己消弧デバイスの主電極間に、コンデンサま
たはコンデンサ機能を有する材料を近接配置した自己消
弧デバイス。
4. The method according to claim 1, 2 or 3.
5. A self-extinguishing device, wherein a capacitor or a material having a capacitor function is disposed close to a main electrode of the self-extinguishing device according to 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0691424A (en) * 1992-09-09 1994-04-05 Kawasaki Steel Corp Shearing machine for band steel

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