JP3376245B2 - Semiconductor switching device, semiconductor stack device and power conversion device using the same - Google Patents
Semiconductor switching device, semiconductor stack device and power conversion device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ゲート電極を有
する半導体スイッチング素子、および電流路を介して上
記半導体スイッチング素子のゲート電極とカソード電極
との間にターンオフ電流を供給するゲートドライバを備
えた半導体スイッチング装置、この半導体スイッチング
装置を使用してなる半導体スタック装置および電力変換
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switching device having a gate electrode and a gate driver for supplying a turn-off current between a gate electrode and a cathode electrode of the semiconductor switching device via a current path. The present invention relates to a switching device, a semiconductor stack device and a power conversion device using the semiconductor switching device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の半導体スイッチング装置の回路構
成の一例を、図31に示す。同図において、参照符号3
Pは半導体スイッチング素子であり、ここでは、それは
GTO(ゲートターンオフ・サイリスタ)である。GT
O3Pのゲートとカソード間には、ゲートターンオン制
御電流IGPを発生させるゲートドライバ4Pが接続され
ており、同ドライバ4Pは、上記ゲートターンオン制御
電流IGPをGTO3Pのゲートに印加することで、GT
O3Pをターンオンさせる。更に、同ドライバ4Pは、
電流変化率dIGQP/dtが20〜50A/μsで与え
られるゲート逆電流IGQPをゲートからカソードに向け
て通電する。このゲート逆電流IGQPは、アノード電流
IAPより分流したものである。このとき、ターンオフゲ
インは2〜5までの範囲内の値となり、GTO3Pはタ
ーンオフする。FIG. 31 shows an example of a circuit configuration of a conventional semiconductor switching device. In the figure, reference numeral 3
P is a semiconductor switching element, here it is a GTO (gate turn-off thyristor). GT
A gate driver 4P that generates a gate turn-on control current I GP is connected between the gate and the cathode of O3P, and the driver 4P applies the gate turn-on control current I GP to the gate of the GTO 3P, thereby allowing GT
Turn on O3P. Furthermore, the driver 4P is
A gate reverse current I GQP given with a current change rate dI GQP / dt of 20 to 50 A / μs is applied from the gate to the cathode. The gate reverse current I GQP is a shunt of the anode current I AP . At this time, the turn-off gain has a value within the range of 2 to 5, and the GTO 3P turns off.
【0003】又、アノード電極とカソード電極間電圧V
AKPの上昇率(dVAKP/dt)とサージ電圧とを抑える
ために、一般にスナバ回路が用いられる。ここでは、ス
ナバ回路は、次の通りに構成される。即ち、スナバコン
デンサCsとスナバダイオードDSとがGTO3Pに対
して並列に接続されており、また、GTO3Pのターン
オフ時にスナバコンデンサCsに充電された電荷を放電
するために、スナバ抵抗RSがスナバダイオードDSに対
して並列に接続されている。Further, the voltage V between the anode electrode and the cathode electrode
A snubber circuit is generally used to suppress the rate of increase in AKP (dV AKP / dt) and the surge voltage. Here, the snubber circuit is configured as follows. That is, the snubber capacitor Cs and the snubber diode D S are connected in parallel to the GTO 3P, and the snubber resistor R S causes the snubber diode R S to discharge the charge stored in the snubber capacitor Cs when the GTO 3P is turned off. It is connected in parallel to D S.
【0004】又、インダクタンス1Pは、GTO3Pが
ターンオンしたときに流れる陽極電流IAPの上昇率dI
AP/dtを1000A/μs以下に抑えるためのもので
あり、インダクタンス1Pに対して並列接続された還流
ダイオード2Pは、GTO3Pがターンオフした時にイ
ンダクタンス1Pに発生したエネルギーを還流させるた
めのものである。Further, the inductance 1P is the rate of increase dI of the anode current I AP flowing when the GTO 3P is turned on.
AP / dt is to be suppressed to 1000 A / μs or less, and the free wheeling diode 2P connected in parallel with the inductance 1P is to return the energy generated in the inductance 1P when the GTO 3P is turned off.
【0005】尚、インダクタンスLsは、上記スナバ回
路の配線の浮遊インダクタンスである。The inductance Ls is the stray inductance of the wiring of the snubber circuit.
【0006】上記の半導体スイッチング装置の回路に対
して、ターンオフ試験を実施して得られた実測波形を、
図32に示す。同図において、波形C1P、C2P及び
C3Pは、それぞれ陽極電流IAP、アノード電極とカソ
ード電極間電圧VAKP及びゲート逆電流IGQPを示す波形
であり、横軸は時間軸である。A measured waveform obtained by performing a turn-off test on the circuit of the semiconductor switching device described above is
It shows in FIG. In the figure, waveforms C1P, C2P, and C3P are waveforms showing the anode current I AP , the voltage V AKP between the anode electrode and the cathode electrode, and the gate reverse current I GQP , respectively, and the horizontal axis is the time axis.
【0007】図32において、時刻tP1ではGTO3
Pはターンオン状態にあり、ゲート逆電流IGQPは0の
状態にある。この時に、ゲート逆電流IGQPの上昇率d
IGQP/dtの絶対値を20〜50A/μsとしてゲー
ト逆電流IGQPを立ち上げ、GTO3P自身が持つター
ンオフゲイン(陽極電流IAP/ゲート逆電流IGQPで与
えられる比の絶対値)のしきい値に当該ターンオフゲイ
ンが達すると(時刻tP2)、陽極電流IAPは減少し始
め、GTO3Pのアノード電極とカソード電極間電圧V
AKPが上昇し始める。この時、前述したスナバ回路側に
も電流ISが流れ出すこととなり、この電流ISの上昇率
とスナバ回路のインダクタンス(スナバインダクタン
ス)Lsにより電圧が発生し、この電圧がアノード電極
とカソード電極間電圧VAKPに重畳される結果、スパイ
ク電圧VDSPが発生する(時刻tP3)。このスパイク
電圧VDSPは、電力損失の原因となる。例えば、約40
00Aの電流が流れるときは、上記電力ロスは数MWに
もなる。そのため、このスパイク電圧VDSPを出来る限
り低い値に抑える必要があり、従来よりスナバインダク
タンスLSを低減する努力が続けられてきた。In FIG. 32, at time tP1, GTO3
P is in the turn-on state and the gate reverse current I GQP is in the 0 state. At this time, the rate of increase d of the gate reverse current I GQP
The gate reverse current I GQP is raised with the absolute value of I GQP / dt set to 20 to 50 A / μs, and the turn-off gain (absolute value of the ratio given by the anode current I AP / gate reverse current I GQP ) of the GTO3P itself is measured. When the turn-off gain reaches the threshold value (time tP2), the anode current I AP begins to decrease, and the voltage V between the anode electrode and the cathode electrode of the GTO 3P becomes V.
AKP begins to rise. At this time, the current I S also flows out to the snubber circuit side described above, and a voltage is generated by the rate of increase of this current I S and the inductance (snubber inductance) Ls of the snubber circuit. This voltage is generated between the anode electrode and the cathode electrode. As a result of being superimposed on the voltage V AKP , a spike voltage V DSP is generated (time tP3). This spike voltage V DSP causes power loss. For example, about 40
When a current of 00A flows, the power loss becomes several MW. Therefore, it is necessary to suppress this spike voltage V DSP to a value as low as possible, and efforts have been continued to reduce the snubber inductance L S than before.
【0008】又、スパイク電圧VDSPの発生後のアノー
ド電極とカソード電極間電圧VAKPの上昇率dVAKP/d
tが急峻に変化し、陽極電流IAPに極大値が発生し(時
刻tP4)、それ以後は、テール電流が発生する。その
ため、このテール電流と上記電圧VAKPとの積により、
電力損失が更に発生する。そして、上記電圧VAKPは、
時刻tP5において、ピーク電圧に達する。その後は、
上記電圧VAKPは、電源電圧VDDに到達する。Further, the rate of increase dV AKP / d of the voltage V AKP between the anode electrode and the cathode electrode after the spike voltage V DSP is generated.
t changes abruptly, the maximum value is generated in the anode current I AP (time tP4), and after that, the tail current is generated. Therefore, by the product of this tail current and the voltage V AKP ,
Further power loss occurs. The voltage V AKP is
At time tP5, the peak voltage is reached. After that,
The voltage V AKP reaches the power supply voltage V DD .
【0009】そこで、このような上昇率dVAKP/dt
を抑制するために、既述したスナバコンデンサCSが必
要となる。その容量値は、IAP/(dVAKP/dt)で
表され、通常は、dVAKP/dt≦1000V/μsの
関係式を満足するように選定されている。Therefore, such a rate of increase dV AKP / dt
In order to suppress the above, the snubber capacitor C S described above is required. The capacitance value is represented by I AP / (dV AKP / dt), and is usually selected so as to satisfy the relational expression of dV AKP / dt ≦ 1000 V / μs.
【0010】図33及び図34は、図31で示した従来
の半導体スイッチング装置で用いられているGTO3P
の構造(同構造は、GTO素子のパッケージと2つのス
タック電極に大別される。)を示した図であり、両図
は、ゲートドライバ4Pを含めて図示されている。その
内、図33は、図34に示す矢印方向DP2から眺めた
GTO3Pの側面図を示すものであるが、その内の一部
分だけは断面図形式で以て表示されている。又、図34
は、図33に示す矢印方向DP1からGTO3Pを見た
ときのスタック電極27Paを除いた部分の平面図であ
る。33 and 34 show the GTO3P used in the conventional semiconductor switching device shown in FIG.
(The structure is roughly divided into a GTO element package and two stack electrodes), and both figures are shown including a gate driver 4P. 33 shows a side view of the GTO 3P viewed from the arrow direction DP2 shown in FIG. 34, but only a part thereof is shown in a sectional view form. Also, FIG.
FIG. 34 is a plan view of a portion excluding the stack electrode 27Pa when the GTO 3P is viewed from the arrow direction DP1 shown in FIG. 33.
【0011】両図33、34において、各参照符号は以
下の部材を示す。即ち、20PはGTO素子、4PLは
ゲートドライバ4Pの内部インダクタンス、21P及び
22Pは、それぞれ、共に同軸構成のシールド線もしく
はツイストされたリード線からなるゲート外部リード
(ゲート取り出し線)及びカソード外部リード(カソー
ド取り出し線)である。そして、GTO素子20Pのゲ
ート端子25Pとゲート外部リード21Pの一端とを金
属性の連結部材23Pに溶接又は半田付けすることによ
り、又は嵌合することにより、両者25P、21Pを一
体化すると共に、カソード端子26Pとカソード外部リ
ード22Pの一端とを金属性の連結部材24Pに溶接又
は半田付けして、又は嵌合して、両者26P、22Pを
一体化する。これにより、両端子25P、26Pは、そ
れぞれ上記リード21P、22Pを介してゲートドライ
バ4Pに接続される。In both FIGS. 33 and 34, the reference numerals indicate the following members. That is, 20P is a GTO element, 4PL is an internal inductance of the gate driver 4P, and 21P and 22P are a gate external lead (gate lead-out wire) and a cathode external lead (gate lead wire) each of which is a coaxial shield wire or twisted lead wire. (Cathode extraction line). Then, the gate terminal 25P of the GTO element 20P and one end of the gate external lead 21P are welded or soldered to the metallic connecting member 23P or are fitted to each other to integrate the two 25P and 21P, and The cathode terminal 26P and one end of the cathode external lead 22P are welded, soldered, or fitted to the metallic connecting member 24P to integrate the two 26P and 22P. As a result, both terminals 25P and 26P are connected to the gate driver 4P via the leads 21P and 22P, respectively.
【0012】参照符号27Pa、27Pbは、GTO素
子20Pを加圧するためのスタック電極である。Reference numerals 27Pa and 27Pb are stack electrodes for pressing the GTO element 20P.
【0013】参照符号28PはGTOのセグメントが形
成された半導体基板であり、半導体基板28Pの上側表
面の最外周部上にA1(アルミニウム)のゲート電極2
9Paが形成され、そのゲート電極29Paよりも内側
の上記上側表面上にカソード電極29Pbが各セグメン
トに対応して形成されている。又、30P及び31P
は、それぞれ半導体基板28Pの上側表面上のカソード
電極29Pbの上側表面上に順次積載して配設されたカ
ソード歪緩衝板及びカソードポスト電極であり、他方、
32P及び33Pは、それぞれ半導体基板28Pの裏面
に形成されたアノード電極(図示せず)(上記裏面中、
カソード電極29Pbとは、反対側に位置する面に該当
している)上に順次積載されたアノード歪緩衝板及びア
ノードポスト電極である。Reference numeral 28P is a semiconductor substrate on which a GTO segment is formed, and the gate electrode 2 of A1 (aluminum) is formed on the outermost peripheral portion of the upper surface of the semiconductor substrate 28P.
9 Pa is formed, and a cathode electrode 29Pb is formed corresponding to each segment on the upper surface inside the gate electrode 29Pa. Also, 30P and 31P
Are cathode strain buffer plates and cathode post electrodes, which are sequentially stacked and arranged on the upper surface of the cathode electrode 29Pb on the upper surface of the semiconductor substrate 28P, respectively,
32P and 33P are anode electrodes (not shown) formed on the back surface of the semiconductor substrate 28P (in the back surface,
The cathode electrode 29Pb is an anode strain buffer plate and an anode post electrode, which are sequentially stacked on a surface located on the opposite side).
【0014】又、34Pは半導体基板28Pのゲート電
極29Paの上側表面に接したリング状ゲート電極、3
5Pは環状絶縁体36Pを介してリング状ゲート電極3
4Pをゲート電極29Paに押圧する皿バネ、37P
は、リング状ゲート電極34Pをカソード歪緩衝板30
P及びポスト電極31Pから絶縁するための絶縁シート
であり、38Pは、その一端がリング状ゲート電極34
Pにろう付けあるいは溶接などによって固着され且つそ
の他端がゲート端子25Pに電気的に接続されたゲート
リードであり、39Pは、その一他がカソードポスト電
極31Pに固着され且つ他端がカソード端子26Pをな
した第1のフランジであり、40Pはアノードポスト電
極33Pにその一端が固着された第2のフランジであ
り、41Pは、その開口の内面上にゲート端子25Pが
配設された、しかも突起部42Pを有する絶縁筒であ
り、絶縁筒41Pの上下面より突出した両端部43P
a、43Pbはそれぞれ第1及び第2のフランジ39P
及び40Pと気密に固着されており、これによりGTO
素子20Pは密閉された構造となっている。Further, 34P is a ring-shaped gate electrode which is in contact with the upper surface of the gate electrode 29Pa of the semiconductor substrate 28P and 3
5P is a ring-shaped gate electrode 3 via an annular insulator 36P.
Disc spring for pressing 4P against the gate electrode 29Pa, 37P
The ring-shaped gate electrode 34P to the cathode strain buffer plate 30.
38P is an insulating sheet for insulating from P and the post electrode 31P. One end of 38P is the ring-shaped gate electrode 34.
P is a gate lead fixed to P by brazing or welding and the other end is electrically connected to the gate terminal 25P. One of 39P is fixed to the cathode post electrode 31P and the other end is the cathode terminal 26P. 40P is a second flange whose one end is fixed to the anode post electrode 33P, and 41P is a projection in which the gate terminal 25P is arranged on the inner surface of the opening. Both ends 43P are insulating cylinders having a portion 42P and projecting from the upper and lower surfaces of the insulating cylinder 41P.
a and 43Pb are the first and second flanges 39P, respectively.
And 40P are airtightly fixed, which allows GTO
The element 20P has a sealed structure.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体スイッチ
ング装置には、大別して2つの問題点がある。The conventional semiconductor switching devices are roughly divided into two problems.
【0016】(1)先ず、その第一は、例えば図34に示
したように、ゲート逆電流の取り出しリード21Pがリ
ング状ゲート電極34Pの内の局所的な部分から取り出
されているという点である。このため、ゲート逆電流の
取り出しが一方向となる。その結果、ターンオフ時に、
カソード電流の不均一が発生し、上述したスパイク損失
やテール電流による損失という電力損失が全てGTO内
部のカソード面の一部に局部的に集中し、局部的な温度
上昇の発生によりGTOの各素子ないし各セグメントが
破壊されて導通状態となり、結果的にターンオフが失敗
するという事態が起こる蓋然性が高いという問題点があ
り、このため装置としての信頼性に問題が生じていた。(1) First, as shown in FIG. 34, the first is that the lead 21P for taking out the gate reverse current is taken out from a local portion of the ring-shaped gate electrode 34P. is there. Therefore, the gate reverse current is taken out in one direction. As a result, at turn off,
The non-uniformity of the cathode current occurs, and the power loss such as the spike loss and the loss due to the tail current described above is locally concentrated on a part of the cathode surface inside the GTO, and the local temperature rise causes each element of the GTO. Also, there is a high probability that each segment will be destroyed and brought into conduction, resulting in a failure in turn-off, resulting in a problem with the reliability of the device.
【0017】この点を模式的に説明するのが、図35の
GTO素子の平面図と、図36のGTO素子の断面図で
ある。図36は、図35に示す線CSA−CSBに関す
る縦断面図にあたる。即ち、円柱状のウェハ内に形成さ
れたGTOの各素子の内で、リング状ゲート電極34P
に近い領域、例えば領域REO内に形成されたものほ
ど、そのゲート逆電流は、それよりも内側の領域REI
にあるGTO素子の場合よりも、より一層早く引き抜か
れることとなり、従って、より早くターンオフされるこ
ととなる。それに対して、ウェハ中心部の領域REC内
に形成されたGTOのセグメントは最もターンオフする
のに長い時間を必要とすることとなり、この中心部領域
REC内の各セグメントのカソード電極へ向けて、その
周りの各セグメントからカソード電流IKが流入してく
ることとなるので、GTOのウェハ内部の一部に電流集
中が生じてしまうのである。This point is schematically explained with a plan view of the GTO element of FIG. 35 and a sectional view of the GTO element of FIG. FIG. 36 is a longitudinal sectional view taken along the line CSA-CSB shown in FIG. That is, in each of the GTO elements formed in the cylindrical wafer, the ring-shaped gate electrode 34P is formed.
Closer to, for example, a region formed in the region REO, the gate reverse current thereof is more inward than the region REI.
It will be pulled out much sooner than in the case of the GTO element in and will therefore be turned off sooner. On the other hand, the segment of the GTO formed in the region REC in the central portion of the wafer requires the longest time to be turned off most, and the segment of the GTO in the central region REC toward the cathode electrode Since the cathode current I K will flow in from each of the surrounding segments, current concentration will occur in a part of the inside of the GTO wafer.
【0018】(2)第2の問題点は、スナバ回路、特にス
ナバコンデンサの存在に起因するものである。即ち、上
述したように、ターンオフ時にスナバコンデンサCs
(図31)にチャージアップされた電荷は、次回のター
ンオフ迄にこれを完全に放電しておく必要がある。そこ
で、GTO3Pのターンオン時にスナバ抵抗RSを通し
て上記電荷を放電しているが、このため、大きな電力損
失が生じている。この時のスナバ抵抗RSに生じる消費
電力の容量は、PW=1/2*Cs*f(VDD 2+(V
DM−VDD)2)の関係式で表される。ここで、VDDは電
源電圧、VDMはスナバコンデンサCSがターンオフ時に
チャージアップされたときの電圧である。そのため、装
置全体を冷却するための冷却装置を設ける必要性が生じ
る。(2) The second problem is due to the presence of the snubber circuit, especially the snubber capacitor. That is, as described above, the snubber capacitor Cs is turned off at the time of turn-off.
It is necessary to completely discharge the electric charge charged up in (FIG. 31) by the next turn-off. Therefore, when the GTO 3P is turned on, the charges are discharged through the snubber resistor R S , which causes a large power loss. At this time, the capacity of the power consumption generated in the snubber resistor R S is PW = 1/2 * Cs * f (V DD 2 + (V
DM- V DD ) 2 ). Here, V DD is a power supply voltage, and V DM is a voltage when the snubber capacitor CS is charged up at turn-off. Therefore, it becomes necessary to provide a cooling device for cooling the entire device.
【0019】このような電力容量のスナバ抵抗を接続す
ることは、当該スナバ抵抗で生じる電力分だけが、本来
伝達すべき電力の内のロス分となってしまい、効率の低
下をもたらすと共に、上記冷却装置の設置の必要性を生
じさせるので、その点が、装置全体の簡素化、小形化を
すすめる上で大変大きな問題となっていた。When a snubber resistor having such a power capacity is connected, only the amount of power generated by the snubber resistor becomes a loss in the power that should be originally transmitted, resulting in a decrease in efficiency and the above-mentioned. This requires the installation of a cooling device, which is a very big problem in simplifying and downsizing the entire device.
【0020】そこで、これら問題を解決するため、第
1、第2及び第3電極を有し、前記第3電極に印加され
たターンオン制御電流に応じてオン状態となったときは
前記第1電極に流れ込む主電流を前記第1電極から前記
第2電極へと直接に流す半導体スイッチング素子と、前
記第3電極と前記第2電極との間に接続され、前記ター
ンオン制御電流を生成して前記第3電極に印加する駆動
制御手段とを備え、ターンオフ時には、前記主電流の全
てを前記ターンオン制御電流とは逆方向に前記第1電極
から前記第3電極を介して前記駆動制御手段へと転流さ
せた、半導体スイッチング装置を案出し、一応の解決を
図った。しかし、現実に製品化を図る上で更なる検討を
加えたところ、半導体スイッチング素子とゲートドライ
バとの接続、特に両者を接続する導体と半導体スイッチ
ング素子との結合部分の構成には、高い加工精度が要求
され、組立作業が煩雑になるという問題点を解決する必
要があることが判明した。Therefore, in order to solve these problems, the first electrode has the first, second and third electrodes, and when it is turned on in response to the turn-on control current applied to the third electrode, the first electrode is turned on. Is connected between the semiconductor switching element for directly flowing the main current flowing into the first electrode to the second electrode and the third electrode and the second electrode, and generates the turn-on control current to generate the turn-on control current. Drive control means for applying to three electrodes, and at the time of turn-off, all of the main current is commutated from the first electrode to the drive control means via the third electrode in a direction opposite to the turn-on control current. I devised a semiconductor switching device, and tried to solve it. However, as a result of further studies in order to actually commercialize the product, it was found that a high processing accuracy was found in the connection between the semiconductor switching element and the gate driver, especially in the configuration of the connecting portion between the conductor and the semiconductor switching element connecting both. It was found that it is necessary to solve the problem that the assembly work is complicated.
【0021】この発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたもので、半導体ウエハ内の一部の半導
体スイッチング素子に電力損失が局部的に集中すること
を防止して素子破壊を防止し、以て装置の信頼性向上を
図るような半導体スイッチング装置等において、上記導
体と半導体スイッチング素子との結合が簡単な構造とな
り、組立作業も容易簡便となる半導体スイッチング装
置、これを使用した半導体スタック装置および電力変換
装置を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and prevents power loss from locally concentrating on a part of semiconductor switching elements in a semiconductor wafer to prevent element destruction. In a semiconductor switching device, etc., which prevents the above and improves the reliability of the device, the semiconductor switching device has a structure in which the conductor and the semiconductor switching element are easily coupled and the assembly work is easy and simple. An object is to obtain a semiconductor stack device and a power conversion device.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体ス
イッチング装置は、半導体スイッチング素子を周方向に
延在するゲート端子を備えたものとし、電流路の反ゲー
トドライバ側端部に接触部を形成し、上記ゲート端子お
よび接触部はそのいずれか一方を雄形、そのいずれか他
方を雌形とする互いに接離可能な一対のコネクタを構成
したものである。According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device including a gate terminal extending in a circumferential direction of a semiconductor switching element, wherein a contact portion is provided at an end of the current path opposite to the gate driver. The gate terminal and the contact portion are formed into a pair of connectors, one of which is a male type and the other of which is a female type and which can be contacted and separated from each other.
【0023】請求項2に係る半導体スイッチング装置
は、半導体スイッチング素子を周方向に延在するゲート
端子を備えたものとし、電流路をゲート側電流路を形成
する第1の導電層とカソード側電流路を形成する第2の
導電層とを絶縁層を介して積層してなる配線基板とし、
上記配線基板の上記第1の導電層を露出させた一方の面
に固定され上記ゲート端子を導入可能な凹部を有する雌
形コネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性接
触子を備え、上記ゲート端子を上記雌形コネクタの凹部
に導入し上記弾性接触子で上記ゲート端子を圧接するこ
とにより上記ゲート端子と上記第1の導電層とを電気的
に接続するようにしたものである。According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the semiconductor switching element is provided with a gate terminal extending in the circumferential direction, and the current path is a first conductive layer forming a gate side current path and a cathode side current. A wiring board formed by laminating a second conductive layer forming a path with an insulating layer interposed therebetween,
The gate is provided with a female connector fixed to one surface of the wiring board where the first conductive layer is exposed and having a recess into which the gate terminal can be introduced; The terminal is introduced into the concave portion of the female connector, and the gate terminal is pressed against the elastic contact to electrically connect the gate terminal to the first conductive layer.
【0024】また、請求項3に係る半導体スイッチング
装置は、請求項2において、その半導体スイッチング素
子のカソード電極に当接し軸方向に圧接されて固定され
る導電板、および配線基板の第2の導電層を露出させた
他方の面と上記導電板との間に介在し上記第2の導電層
と上記導電板とを電気的に接続するカソードスペーサを
備えたものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device according to the second aspect, wherein the semiconductor switching device is in contact with a cathode electrode of the semiconductor switching element and is fixed by axially pressure-contacting the conductive plate and a second conductive member of the wiring board. A cathode spacer is provided between the other surface of the exposed layer and the conductive plate to electrically connect the second conductive layer to the conductive plate.
【0025】請求項4に係る半導体スイッチング装置
は、半導体スイッチング素子を周方向に延在し互いに電
気的に絶縁されて表裏に形成されたゲートドライバ接続
用のゲート端子およびカソード端子を備えたものとし、
電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層とカソ
ード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を介し
て積層してなる配線基板とし、上記配線基板の上記第1
の導電層を露出させた一方の面に固定された第1のコネ
クタ片と上記配線基板の上記第2の導電層を露出させた
他方の面に固定された第2のコネクタ片とからなり、上
記両コネクタ片が対面するように形成され上記ゲート端
子およびカソード端子を導入可能な凹部を有する雌形コ
ネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性接触子
を備え、上記ゲート端子およびカソード端子を上記雌形
コネクタの凹部に導入し上記弾性接触子で上記ゲート端
子およびカソード端子を圧接することにより、上記ゲー
ト端子と上記第1の導電層および上記カソード端子と上
記第2の導電層をそれぞれ電気的に接続するようにした
ものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device having a gate terminal and a cathode terminal for connecting a gate driver, which are formed on the front and back sides of the semiconductor switching element in the circumferential direction and are electrically insulated from each other. ,
The current path is a wiring board in which a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path are laminated with an insulating layer interposed therebetween, and the first wiring board is the first wiring board.
A first connector piece fixed to one surface of which the conductive layer is exposed, and a second connector piece fixed to the other surface of the wiring board where the second conductive layer is exposed, A female connector having a recess formed so that the both connector pieces face each other and into which the gate terminal and the cathode terminal can be introduced, and an elastic contact mounted in the recess, and the gate terminal and the cathode terminal are The gate terminal and the cathode terminal are electrically connected to the gate terminal and the first conductive layer by being introduced into the concave portion of the female connector and pressing the gate terminal and the cathode terminal with the elastic contact. It is intended to connect to.
【0026】また、請求項5に係る半導体スイッチング
装置は、請求項2ないし4のいずれかにおいて、その雌
形コネクタを、半導体スイッチング素子の全周に対向す
る凹部を有したものとし、かつ互いに着脱可能な一対の
半周分の雌形コネクタ片からなるものとしたものであ
る。A semiconductor switching device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the female connector has a concave portion facing the entire circumference of the semiconductor switching element, and is detachable from each other. It is composed of a pair of possible female connector pieces for a half circumference.
【0027】請求項6に係る半導体スイッチング装置
は、電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、半導体スイッチング
素子を周方向に延在し上記配線基板を導入可能な凹部を
有するゲート端子を備えたものとし、上記凹部内に取り
付けられた弾性接触子を備え、上記配線基板の第1の導
電層を露出させた部分を雄形コネクタ部とし、上記ゲー
ト端子の凹部に上記雄形コネクタ部を導入し上記弾性接
触子で上記雄形コネクタ部を圧接することにより上記ゲ
ート端子と上記第1の導電層とを電気的に接続するよう
にしたものである。According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, a current path is formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path via an insulating layer. And a gate terminal having a recess in which the semiconductor switching element extends in the circumferential direction and into which the wiring board can be introduced, and an elastic contact mounted in the recess. The exposed portion of the first conductive layer is used as a male connector portion, the male connector portion is introduced into the recess of the gate terminal, and the male connector portion is pressure-contacted by the elastic contactor to thereby form the gate terminal. And the first conductive layer are electrically connected to each other.
【0028】また、請求項7に係る半導体スイッチング
装置は、請求項6において、その半導体スイッチング素
子のカソード電極に当接し軸方向に圧接されて固定され
る導電板、および配線基板の第2の導電層を露出させた
部分と上記導電板との間に介在し上記第2の導電層と上
記導電板とを電気的に接続するカソードスペーサを備え
たものである。A semiconductor switching device according to a seventh aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to the sixth aspect, wherein the conductive plate is in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and is fixed by pressure in the axial direction. A cathode spacer is provided between the exposed portion of the layer and the conductive plate to electrically connect the second conductive layer to the conductive plate.
【0029】請求項8に係る半導体スイッチング装置
は、電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、半導体スイッチング
素子を周方向に延在し互いに電気的に絶縁されて表裏に
形成されたゲートドライバ接続用のゲート端子およびカ
ソード端子からなり、上記両端子が対面するように形成
され上記配線基板を導入可能な凹部を有するものとし、
上記凹部内に取り付けられた弾性接触子を備え、上記配
線基板の一方の面に上記第1の導電層を露出させ他方の
面に上記第2の導電層を露出させた部分を雄形コネクタ
部とし、上記半導体スイッチング素子の凹部に上記雄形
コネクタ部を導入し上記弾性接触子で上記雄形コネクタ
部を圧接することにより、上記ゲート端子と上記第1の
導電層および上記カソード端子と上記第2の導電層をそ
れぞれ電気的に接続するようにしたものである。According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, a current path is formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path via an insulating layer. A wiring board consisting of a semiconductor switching element extending in the circumferential direction, electrically insulated from each other, and formed on the front and back sides for connecting the gate driver and the gate terminal for connecting the gate driver, and formed so that both terminals face each other. And having a recess into which the wiring board can be introduced,
The male connector part is provided with an elastic contactor mounted in the recess, and the portion where the first conductive layer is exposed on one surface of the wiring board and the second conductive layer is exposed on the other surface. By introducing the male connector portion into the recess of the semiconductor switching element and pressing the male connector portion with the elastic contact, the gate terminal, the first conductive layer, the cathode terminal and the first terminal The two conductive layers are electrically connected to each other.
【0030】また、請求項9に係る半導体スイッチング
装置は、請求項6ないし8のいずれかにおいて、その雄
形コネクタ部を、半導体スイッチング素子の全周に亘る
ものとし、かつ互いに着脱可能な一対の半周分の雄形コ
ネクタ部片からなるものとしたものである。A semiconductor switching device according to a ninth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the male connector portion extends over the entire circumference of the semiconductor switching element, and is a pair of detachable members. It is made up of a half-round male connector part.
【0031】請求項10に係る半導体スタック装置は、
請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体スイッチン
グ装置を使用したもので、半導体スイッチング素子と上
記半導体スイッチング素子からの発熱を放熱する冷却部
材とを積み重ね取付枠内に配置してなるものである。According to a tenth aspect of the semiconductor stack device,
The semiconductor switching device according to any one of claims 1 to 9 is used, wherein a semiconductor switching element and a cooling member for radiating heat generated from the semiconductor switching element are stacked and arranged in a mounting frame. .
【0032】請求項11に係る電力変換装置は、請求項
1ないし10のいずれかに記載の半導体スイッチング装
置を使用したもので、半導体スイッチング素子をゲート
制御して電力変換を行うゲート制御装置を備えたもので
ある。A power converter according to an eleventh aspect uses the semiconductor switching device according to any one of the first to tenth aspects, and is provided with a gate controller for controlling the gate of the semiconductor switching element to perform power conversion. It is a thing.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】本発明の半導体スイッチング装置
又は半導体スイッチング素子は、車両用電力変換装置
や、UPS(無停電電力システム)や、産業用電力変換
装置等の各種の電力変換装置に用いられる、パワーデバ
イスである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The semiconductor switching device or semiconductor switching element of the present invention is used in various power conversion devices such as a vehicle power conversion device, a UPS (Uninterruptible Power System), and an industrial power conversion device. , A power device.
【0034】本発明が提案する、新規な半導体スイッチ
ング素子の制御方法の核心部は、オン状態にある半導体
スイッチング素子に流れる主電流の全てを、駆動回路へ
転流させ、これにより半導体スイッチング素子をターン
オフ状態とする点にある。The core of the novel method for controlling a semiconductor switching element proposed by the present invention is that all of the main current flowing through the semiconductor switching element in the ON state is diverted to the drive circuit. The point is to turn off.
【0035】以下では、そのような半導体スイッチング
素子として、ゲートターンオフ・サイリスタ(以下、G
TOと称す)を用いた例を示す。この場合には、GTO
の第1、第2及び第3電極は、それぞれアノード電極、
カソード電極及びゲート電極にあたる。尚、上記半導体
スイッチング素子としては、GTOのような4層構造を
もつものに限られるわけではなく、3層構造を有するト
ランジスタを本発明の半導体スイッチング素子として用
いることも可能である。この場合には、NPNトランジ
スタ利用のときは、第1、第2、第3電極は、それぞれ
コレクタ電極、エミッタ電極及びベース電極にあたり、
又、PNPトランジスタ利用のときは、第1、第2及び
第3電極は、それぞれエミッタ電極、コレクタ電極及び
ベース電極に該当する。In the following, as such a semiconductor switching element, a gate turn-off thyristor (hereinafter, referred to as G
An example using (TO) will be shown. In this case, GTO
The first, second and third electrodes of the anode electrode,
It corresponds to the cathode electrode and the gate electrode. The semiconductor switching element is not limited to the one having a four-layer structure such as GTO, and a transistor having a three-layer structure can be used as the semiconductor switching element of the present invention. In this case, when using the NPN transistor, the first, second, and third electrodes correspond to the collector electrode, the emitter electrode, and the base electrode, respectively.
When using a PNP transistor, the first, second and third electrodes correspond to an emitter electrode, a collector electrode and a base electrode, respectively.
【0036】実施の形態1.図1は、本発明の実施の形
態1に係る半導体スイッチング装置10の回路構成を示
す。同図において、各参照符号は、それぞれ次の回路要
素を示す。即ち、3は半導体スイッチング素子としての
GTOであり、このGTO3のゲート電極3Gとカソー
ド電極3Kのノード13との間に、ゲートドライバ4
(駆動制御手段)が接続される。Embodiment 1. FIG. 1 shows a circuit configuration of a semiconductor switching device 10 according to the first embodiment of the present invention. In the figure, each reference numeral indicates the following circuit element. That is, 3 is a GTO as a semiconductor switching element, and the gate driver 4 is provided between the gate electrode 3G of the GTO 3 and the node 13 of the cathode electrode 3K.
(Drive control means) is connected.
【0037】ゲートドライバ4は、その駆動電源4a
(電源電圧VGD(例えば20V))、コンデンサ4b、
インダクタンス4C、トランジスタ4dから成る。尚、
その詳細な構成を、後述する図2で示す。The gate driver 4 has its driving power supply 4a.
(Power supply voltage V GD (for example, 20 V)), capacitor 4b,
It is composed of an inductance 4C and a transistor 4d. still,
The detailed configuration is shown in FIG. 2 described later.
【0038】このゲートドライバ3は、GTO3をター
ンオンさせるためのターンオン制御電流IGを発生し
て、配線経路ないしラインL1を介してこの電流IGを
ゲート電極3Gに印加する。これに応じて、GTO3は
オン状態となる。又、11はノードであり、9は同装置
10を駆動するための電源、即ち同装置10の主回路用
電源(電源電圧VDD)である。The gate driver 3 generates a turn-on control current I G for turning on the GTO 3, and applies this current I G to the gate electrode 3G via the wiring path or the line L1. In response to this, the GTO 3 is turned on. Reference numeral 11 is a node, and 9 is a power supply for driving the device 10, that is, a main circuit power supply (power supply voltage V DD ) of the device 10.
【0039】他方、1は、GTO3がターンオンした時
に流れる主電流ないし陽極電流IAの上昇率dIA/dt
を抑制するためのインダクタンスであり、2は、GTO
3がターンオフした時にインダクタンス1に発生するエ
ネルギーを還流させるための還流用ダイオードである。On the other hand, 1 is the rate of increase dI A / dt of the main current or anode current I A flowing when the GTO 3 is turned on.
Is an inductance for suppressing the
This is a free-wheeling diode for freeing the energy generated in the inductance 1 when 3 is turned off.
【0040】5は、アノード電極3Aのノード11とカ
ソード電極3Kのノード12との間にGTO3に対して
並列に接続されており、かつGTO3がターンオフした
時にアノード・カソード電極間電圧VAKの上昇に伴って
発生するピーク電圧のみを抑制するためのピーク電圧抑
制回路である。同回路5は、後述するように、上記電圧
VAKがターンオフ時にGTO3の電圧阻止能力に応じて
定まる所定の電圧値に所定の時間だけ上記電圧VAKを保
持ないしクランプする機能を有する。Reference numeral 5 is connected in parallel with the GTO 3 between the node 11 of the anode electrode 3A and the node 12 of the cathode electrode 3K, and the voltage V AK between the anode and the cathode electrode rises when the GTO 3 is turned off. It is a peak voltage suppression circuit for suppressing only the peak voltage generated due to. As will be described later, the circuit 5 has a function of holding or clamping the voltage V AK at a predetermined voltage value determined according to the voltage blocking capability of the GTO 3 for a predetermined time when the voltage V AK is turned off.
【0041】ここでは、ターンオフ時に、従来、主電流
IAより分流してゲートドライバ4側へ流入していたゲ
ート逆電流IGQの変化率ないし上昇率(勾配)dIGQ/
dtの絶対値を出来る限り大きくして(理想的には、|
dIGQ/dt|は∞)、主電流IAの全てをゲート逆電
流IGQとしてゲートドライバ4を介してノード12へ流
すこととする。即ち、主電流IAとゲート逆電流IGQと
の比の絶対値で定まるターンオフゲインG(=|IA/
IGQ|)を1以下(G≦1)に設定することで、主電流
IAの全てを、ターンオン制御電流IGとは逆方向に、ア
ノード電極3Aからゲート電極3Gを介してゲートドラ
イバ4及びノード12側へと転流させ、以てGTO3を
ターンオフさせる。このとき、アノード電極3Aからカ
ソード電極3Kへ向けて直接GTO3内部を流れるカソ
ード電流IKは、直ちに全く流れなくなる。その意味
で、本方式は、主電流IAの分流ではなくて、「主電流
IAの転流」を実現しているのである。Here, at the time of turn-off, the rate of change or rate of rise (gradient) dI GQ / of the gate reverse current I GQ that has conventionally been shunted from the main current I A and flowed into the gate driver 4 side.
Make the absolute value of dt as large as possible (ideally, |
dI GQ / dt | is ∞), and all of the main current I A is passed to the node 12 via the gate driver 4 as the gate reverse current I GQ . That is, the turn-off gain G (= | I A / determined by the absolute value of the ratio of the main current I A and the gate reverse current I GQ
I GQ |) is set to 1 or less (G ≦ 1), so that all of the main current I A flows in the opposite direction to the turn-on control current I G from the anode electrode 3A through the gate electrode 3G. And the commutation to the node 12 side, thereby turning off the GTO 3. At this time, the cathode current I K flowing directly inside the GTO 3 from the anode electrode 3A toward the cathode electrode 3K immediately stops flowing at all. In that sense, this method, rather than the shunt of the main current I A, with each other to achieve a "commutation of the main current I A."
【0042】ここで、ゲートドライバ4の駆動電源(主
電源)4aの電源電圧値VGDと、ループR1のインダク
タンス値との関係に応じて、上昇率dIGQ/dtの値を
変化させることができるので、両者4(4a)、R1の
値を適切に設定することで、上昇率|dIGQ/dt|を
限りなく∞値に近い極めて大きな値に設定してやれば、
極めて短時間で主電流IAを全てゲートドライバ4側へ
転流させることができる。Here, the value of the rate of increase dI GQ / dt can be changed according to the relationship between the power supply voltage value V GD of the drive power supply (main power supply) 4a of the gate driver 4 and the inductance value of the loop R1. Therefore, by appropriately setting the values of both 4 (4a) and R1, by setting the increase rate | dI GQ / dt | to an extremely large value close to the infinite value,
All of the main current I A can be commutated to the gate driver 4 side in an extremely short time.
【0043】他方、そのようなゲート逆電流IGQの転流
をゲートドライバ4単独で以て実現することは、当該ド
ライバ4の駆動電源4aがとりうる電源電圧値VGDに限
界があるため容易でないが、その反面、ゲートドライバ
4の駆動電源電圧VGDを設定可能な実用値に設定してお
き、ゲートターンオフゲインGを1以下とするために必
要な上昇率dIGQ/dtの絶対値を実現しうるループR
1の内部インダクタンスの値を設定することは、現実に
可能である。On the other hand, it is easy to realize such commutation of the gate reverse current I GQ by the gate driver 4 alone because the power supply voltage V GD that the drive power supply 4a of the driver 4 can have is limited. However, on the other hand, the absolute value of the rate of increase dI GQ / dt required to set the gate turn-off gain G to 1 or less is set by setting the driving power supply voltage V GD of the gate driver 4 to a practical value that can be set. Possible loop R
It is actually possible to set the value of the internal inductance of 1.
【0044】そこで、ゲート電極3Gからゲートドライ
バ4までのラインL1と、ゲートドライバ4と、ゲート
ドライバ4からノード13を介してカソード電極3Kま
でのラインL2と、ゲート・カソード電極間のGTO3
内部の経路とからなるループないし経路R1内の(浮
遊)内部インダクタンスの値を、ターンオフゲインGを
1以下とするのに必要な値にまで低減させることが求め
られる。Therefore, the line L1 from the gate electrode 3G to the gate driver 4, the gate driver 4, the line L2 from the gate driver 4 to the cathode electrode 3K through the node 13, and the GTO3 between the gate and the cathode electrode.
It is required to reduce the value of the (floating) internal inductance in the loop consisting of the internal path or the path R1 to a value necessary for setting the turn-off gain G to 1 or less.
【0045】但し、ゲートドライバ4は、主電流IA以
上の値のゲート逆電流IGQを流せるだけのキャパシタン
スを有するように、設定されなければならない。However, the gate driver 4 must be set so as to have a capacitance enough to allow the gate reverse current I GQ having a value equal to or larger than the main current I A to flow.
【0046】例えば、ゲートドライバ4の主電源4aの
電源電圧VGDを20Vに設定し、上昇率dIGQ/dtの
絶対値を約8000A/μsに設定する場合には、上記
ループR1のインダクタンス値は2.5nH以下、ゲー
トドライバ4の内部インダクタンス値は1nH以下とす
るのが好ましい。For example, when the power supply voltage V GD of the main power supply 4 a of the gate driver 4 is set to 20 V and the absolute value of the rising rate dI GQ / dt is set to about 8000 A / μs, the inductance of the loop R1 is set. The value is preferably 2.5 nH or less, and the internal inductance value of the gate driver 4 is preferably 1 nH or less.
【0047】そのようなキャパシタンスを有するゲート
ドライバ4の具体的な回路図を、図2に示す。同図にお
いて、駆動電源50はゲートドライバ4を駆動するため
の主電源であり、副電源51はターンオンゲート電流用
の電源、副電源52はターンオン用トランジスタTr1、
Tr2を駆動するための駆動回路56用の電源、副電源5
3はターンオフゲート電流用の電源、副電源54はター
ンオフ用トランジスタTr3を駆動するための駆動回路5
7用の電源、副電源55は制御信号62よりターンオン
信号及びターンオフ信号を生成する回路部58を駆動す
るための電源であり、トランジスタTr1は図3に示すタ
ーンオン・ハイゲート電流IG1を供給するためのスイッ
チであり、トランジスタTr2はターンオン・定常ゲート
電流IG2を供給するためのスイッチ、トランジスタTr3
はターンオフゲート電流IGQ(ゲート逆電流)を供給す
るためのスイッチである。尚、上記電流IG1、IG2を総
称したのが、ターンオン制御電流IGである。C1はター
ンオンゲート電流IG用のコンデンサであり、C2はタ
ーンオフゲート電流IGQ用のコンデンサである。A concrete circuit diagram of the gate driver 4 having such capacitance is shown in FIG. In the figure, a drive power source 50 is a main power source for driving the gate driver 4, a sub power source 51 is a power source for a turn-on gate current, a sub power source 52 is a turn-on transistor Tr1,
Power supply for drive circuit 56 for driving Tr2, sub power supply 5
3 is a power supply for the turn-off gate current, and sub power supply 54 is a drive circuit 5 for driving the turn-off transistor Tr3.
The power supply 7 and the sub power supply 55 are power supplies for driving the circuit unit 58 that generates the turn-on signal and the turn-off signal from the control signal 62, and the transistor Tr1 supplies the turn-on high gate current I G1 shown in FIG. Transistor Tr2 is a switch for supplying turn-on / steady gate current I G2 , and transistor Tr3.
Is a switch for supplying a turn-off gate current I GQ (gate reverse current). The currents I G1 and I G2 are collectively referred to as the turn-on control current I G. C1 is a capacitor for the turn-on gate current I G , and C2 is a capacitor for the turn-off gate current I GQ .
【0048】以上のゲートドライバ回路4において、外
部より制御信号62を与えると、ノイズカット回路59
は制御信号62より制御信号62に含まれるノイズ成分
を取り除き、ノイズ除去された制御信号を受けて、ター
ンオン信号生成回路60、ターンオフ信号生成回路61
は、それぞれターンオン用信号63とターンオフ用信号
64を生成して、各信号63、64を対応する駆動回路
56、57へ供給する。In the above gate driver circuit 4, when the control signal 62 is given from the outside, the noise cut circuit 59 is provided.
Removes a noise component included in the control signal 62 from the control signal 62, receives the noise-removed control signal, and outputs the turn-on signal generation circuit 60 and the turn-off signal generation circuit 61.
Respectively generate a turn-on signal 63 and a turn-off signal 64 and supply the signals 63 and 64 to the corresponding drive circuits 56 and 57.
【0049】同信号63、34を受け取った両駆動回路
56、57は、次の通りに動作する。即ち、時刻t01に
おいて、駆動回路56は、トランジスタTr1を駆動でき
るだけの信号を生成し、これをトランジスタTr1のベー
スへと供給する。ここで、両コンデンサC1とC2は、
それぞれ副電源51と副電源53により充電されている
ので、ターンオン・ハイゲート電流IG1がコンデンサC
1からトランジスタTr1を通してGTO3へと流れる。
そして、時刻t02において、駆動回路56は、トランジ
スタTr1のベース電流の供給を止め、今度は、トランジ
スタTr2を駆動できるだけのベース電流を発生して、こ
れをトランジスタTr2のベースへ供給する。これによ
り、トランジスタTr1はオフし、代わってトランジスタ
Tr2がオンし、ターンオン・定常ゲート電流IG2がコン
デンサC1からトランジスタTr2を通してGTO3へと
流れる。The two drive circuits 56 and 57 which have received the signals 63 and 34 operate as follows. That is, at the time t 01 , the drive circuit 56 generates a signal enough to drive the transistor Tr1 and supplies it to the base of the transistor Tr1. Here, both capacitors C1 and C2 are
Since they are charged by the sub power source 51 and the sub power source 53, respectively, the turn-on high gate current I G1 is generated by the capacitor C.
1 to GTO3 through the transistor Tr1.
Then, at time t 02 , the drive circuit 56 stops the supply of the base current of the transistor Tr1, generates the base current enough to drive the transistor Tr2, and supplies this to the base of the transistor Tr2. As a result, the transistor Tr1 is turned off, the transistor Tr2 is turned on instead, and the turn-on / steady gate current I G2 flows from the capacitor C1 to the GTO 3 through the transistor Tr2.
【0050】また、時刻t1では、駆動回路56はトラ
ンジスタTr2のベース電流の供給を止め、駆動回路57
が、信号64に応じて、トランジスタTr3をオンするの
に必要なベース電流を生成して、これをトランジスタT
r3のベースへ供給する。これにより、トランジスタTr2
はオフし、代わってトランジスタTr3がオンする結果、
コンデンサC2に充電されている電荷がトランジスタT
r3を介してGTO3側へと放電されることとなり、従っ
て、ターンオフゲート電流IGQがGTO3からトランジ
スタTr3を通してGTO3のカソード電極3Kのノード
13へ流れることとなる。しかも、この電流IGQは、極
めて短時間の間に主電流IAの絶対値と等しいか、又は
それ以上の値となり、逆に、カソード電流は極めて短時
間の間に0値へ減少する。At time t 1 , the drive circuit 56 stops the supply of the base current of the transistor Tr 2 and the drive circuit 57.
Generates the base current necessary to turn on the transistor Tr3 in response to the signal 64, and supplies this to the transistor T3.
Supply to the base of r3. As a result, the transistor Tr2
Turns off and instead the transistor Tr3 turns on,
The electric charge stored in the capacitor C2 is the transistor T
It is discharged to the GTO3 side via r3, so that the turn-off gate current I GQ flows from GTO3 through the transistor Tr3 to the node 13 of the cathode electrode 3K of GTO3. Moreover, this current I GQ becomes equal to or greater than the absolute value of the main current I A in a very short time, and conversely, the cathode current decreases to 0 value in a very short time.
【0051】上述した通り、ターンオフゲインGが1以
下となるような上昇率dIGQ/dtを実現するために
は、ゲートドライバ4内部の配線経路を含むループR1
全体のインダクタンス値を低減することが必要である。
そして、この点は、GTO素子の配線ないしパッケージ
構造という機構部品の改良を以て実現することが望まれ
る。As described above, in order to realize the rate of increase dI GQ / dt such that the turn-off gain G is 1 or less, the loop R1 including the wiring route inside the gate driver 4 is used.
It is necessary to reduce the overall inductance value.
It is desired to realize this point by improving the mechanical parts such as the wiring of the GTO element or the package structure.
【0052】しかるに、従来のGTO3Pのパッケージ
構造は、図33及び図34で示した様な構造となってい
るため、GTO素子20Pの内部のインダクタンス(リ
ード21P〜リング状ゲート電極34P〜カソード電極
30P〜リード22Pまでの経路のインダクタンス)
は、例えば50nH程度もの大きな値であった。この値
では、到底、約8000A/μsもの上昇率dIGQ/d
tを達成することはできない。従って、このGTO素子
20Pの内部インダクタンス値を、例えば2nH以下と
いうような所望値にまで低減するためには、ゲート側の
連結部23P及びカソード側の連結部24PとGTO素
子20Pのゲート端子25P及びカソード端子26Pと
のそれぞれの結合で生じるロスや、ゲート外部リード2
1P及びカソード外部リード22Pとゲートドライバ4
Pとのそれぞれの結合で生じるロスや、ゲートリード3
8Pのインダクタンス値や、更にはループR1中の全イ
ンダクタンス値の内の90%をも占めるゲート及びカソ
ードの各外部リード線21P、22P自体のインダクタ
ンス値を低減する必要がある。However, since the package structure of the conventional GTO 3P has the structure shown in FIGS. 33 and 34, the internal inductance of the GTO element 20P (lead 21P-ring-shaped gate electrode 34P-cathode electrode 30P). ~ Inductance of the path to lead 22P)
Was a large value, for example, about 50 nH. At this value, the rate of increase dI GQ / d is about 8000 A / μs.
t cannot be achieved. Therefore, in order to reduce the internal inductance value of the GTO element 20P to a desired value such as 2 nH or less, the gate-side connecting portion 23P and the cathode-side connecting portion 24P, the gate terminal 25P of the GTO element 20P, and the like. Loss caused by each coupling with the cathode terminal 26P and the gate external lead 2
1P and cathode external lead 22P and gate driver 4
Loss caused by each coupling with P and gate lead 3
It is necessary to reduce the inductance value of 8P, and further, the inductance value of each of the external lead wires 21P and 22P of the gate and the cathode which occupy 90% of the total inductance value in the loop R1.
【0053】そこで、本願出願人は、上述した観点から
GTO素子のパッケージ構造を検討し、改良を加えるこ
ととし、その結果、つぎの様な構造を有する圧接型半導
体素子を実現した。Therefore, the applicant of the present application examined the package structure of the GTO element from the above viewpoint and made improvements, and as a result, realized a pressure contact type semiconductor element having the following structure.
【0054】即ち、図4は、圧接型GTO素子20と、
それを上下方向から加圧するスタック電極27a、27
bとを示す断面図であり、又、図5は、図4に示す矢印
方向D1からGTO素子20を眺めた正面図(スタック
電極27aを除く)である。従って、図5の線SA−S
Bに関する縦断面図が図4にあたる。That is, FIG. 4 shows a pressure contact type GTO element 20,
Stack electrodes 27a, 27 for pressing it from above and below
5 is a cross-sectional view showing the GTO element 20 in the direction of the arrow D1 shown in FIG. 4 (excluding the stack electrode 27a). Therefore, the line SA-S in FIG.
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of B.
【0055】両図4、5において、各参照符号は、以下
の部材を示す。即ち、20は圧接型半導体素子、即ち、
ここではGTO素子の全体を示し、28はGTOの各セ
グメントが形成された半導体基板であり、半導体基板2
8の上側表面の内の外周部側に位置する面上にA1(ア
ルミニウム)のゲート電極29aが形成されており、さ
らにゲート電極29aよりも内側の半導体基板28の上
側表面上には、各セグメントの位置に対応して各カソー
ド電極29bが形成されている。各セグメントの構造な
いしGTO素子のウェハ構造は、図36の断面図に示し
た構造と同様である。In both FIGS. 4 and 5, each reference numeral indicates the following member. That is, 20 is a pressure contact type semiconductor element, that is,
Here, the entire GTO element is shown, and 28 is a semiconductor substrate on which each GTO segment is formed.
A gate electrode 29a of A1 (aluminum) is formed on the surface located on the outer peripheral side of the upper surface of 8, and each segment is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 28 inside the gate electrode 29a. Each cathode electrode 29b is formed corresponding to the position. The structure of each segment or the wafer structure of the GTO element is similar to the structure shown in the sectional view of FIG.
【0056】30及び31は、それぞれ半導体基板28
の上側表面上のカソード電極29bの上側表面上に順次
に積載されたカソード歪緩衝板及びカソードポスト電極
であり、他方、32及び33は、それぞれ半導体基板8
の裏面上に形成された図示しないアノード電極の表面
(カソード電極29bと反対側の面)上に順次に積載さ
れたアノード歪緩衝板及びアノードポスト電極であり、
34は半導体基板28のゲート電極29aの上側表面に
接するリング状ゲート電極であり、38は環状金属板か
らなるリング状ゲート端子であって、その内周平面25
がリングゲート電極34と摺動可能に同電極34に対し
て接触・配置されている。35は、環状絶縁体36を介
して、リング状ゲート端子38とともに、リング状ゲー
ト電極34をゲート電極29aに対して押圧するための
皿バネあるいは波バネのような弾性体であり、37は、
リング状ゲート電極34をカソード歪緩衝板30及びカ
ソードポスト電極31から絶縁するための絶縁シート等
からなる絶縁体であり、26は、その一端部分がカソー
ドポスト電極31に固着された第1のフランジであり、
40は、その一端部分がアノードポスト電極33に固着
された第2のフランジであり、41はセラミック等から
なり、リング状ゲート端子38を挟んで上下に分割され
且つ突起部42を有する絶縁筒である。そして、リング
状ゲート端子38の外周側部分23が絶縁筒41の側面
から外部に突出するとともに、その他端38Eよりも内
周側の位置に取り付け穴21が所定の間隔で複数個設け
られている。そして、上側の絶縁筒41の上面より上方
に突出した部分43aが第1のフランジ26の他端部2
6Eと気密に固着され、下側の絶縁筒41の裏面より下
方に突出した部分43bが第2のフランジ40の他端部
と気密に固着されており、これによって圧接型半導体素
子20は、密閉されたパッケージ構造になっている。
尚、この内部は、不活性ガスで置換されている。Reference numerals 30 and 31 respectively denote the semiconductor substrate 28.
On the upper surface of the cathode electrode 29b are the cathode strain buffer plate and the cathode post electrode, which are sequentially stacked on the upper surface of the cathode electrode 29b, while 32 and 33 are the semiconductor substrate 8 respectively.
An anode strain buffer plate and an anode post electrode, which are sequentially stacked on the surface (a surface opposite to the cathode electrode 29b) of an anode electrode (not shown) formed on the back surface of
Reference numeral 34 is a ring-shaped gate electrode that is in contact with the upper surface of the gate electrode 29a of the semiconductor substrate 28, and 38 is a ring-shaped gate terminal made of an annular metal plate, and an inner peripheral plane 25 thereof.
Are slidably contacted with and arranged on the ring gate electrode 34. Reference numeral 35 is an elastic body such as a disc spring or a wave spring for pressing the ring-shaped gate electrode 34 against the gate electrode 29a together with the ring-shaped gate terminal 38 through the annular insulator 36, and 37 is
An insulator made of an insulating sheet or the like for insulating the ring-shaped gate electrode 34 from the cathode strain buffer plate 30 and the cathode post electrode 31, and 26 is a first flange whose one end is fixed to the cathode post electrode 31. And
40 is a second flange whose one end is fixed to the anode post electrode 33, 41 is an insulating cylinder which is made of ceramic or the like and is divided into upper and lower parts with the ring-shaped gate terminal 38 in between and which has a protrusion 42. is there. The outer peripheral portion 23 of the ring-shaped gate terminal 38 projects outward from the side surface of the insulating tube 41, and a plurality of mounting holes 21 are provided at a predetermined interval at a position closer to the inner peripheral side than the other end 38E. . The portion 43 a protruding upward from the upper surface of the upper insulating cylinder 41 is the other end portion 2 of the first flange 26.
6E is airtightly fixed, and the portion 43b protruding downward from the back surface of the lower insulating cylinder 41 is airtightly fixed to the other end of the second flange 40, whereby the pressure contact type semiconductor element 20 is hermetically sealed. It has a package structure.
The inside is replaced with an inert gas.
【0057】又、図6は、ゲートドライバ4の機構部分
を示す平面図であり、図7は、ゲートドライバ4に図
4、図5に示した構造のGTO素子20(スタック電極
27a、27bで加圧されている)を装着した状態を示
す縦断面図である。両図6、7において、参照符号4A
はゲートドライバ本体4Cをカバーするためのケース
を、4Bはゲートドライバ本体4Cの座となるケースを
各々示しており、70はゲートドライバ本体4とGTO
素子20とを電気的に接続するための、回路パターンが
形成された基板全体を示している。同基板70は、丁
度、従来パッケージのゲートリード線21P、22P
(図33)に代わるものであって、GTO素子20の重
量をささえ得るだけの強度を有する。71は、GTO素
子20のカソード電極29bと圧接により接続されるカ
ソード電極であり、スタック電極27aにあたる。21
Aは、ゲートドライバ4の基板70に対応する取り付け
穴21を介してGTO素子20を接続する為の、基板7
0に設けられた取り付け穴であり、ゲートドライバ4と
GTO素子20とを接続する為には、例えば6つ程度の
取り付け穴21Aが必要となる。FIG. 6 is a plan view showing the mechanical portion of the gate driver 4, and FIG. 7 shows the GTO element 20 (stack electrodes 27a and 27b in the gate driver 4 having the structure shown in FIGS. 4 and 5). It is a longitudinal cross-sectional view showing a state in which (pressurized) is mounted. In both FIGS. 6 and 7, reference numeral 4A
Shows a case for covering the gate driver main body 4C, 4B shows a case which becomes a seat of the gate driver main body 4C, and 70 shows the gate driver main body 4 and the GTO.
The whole board | substrate in which the circuit pattern for electrically connecting with the element 20 was formed is shown. The substrate 70 is just the gate lead wires 21P and 22P of the conventional package.
(FIG. 33) and has strength enough to support the weight of the GTO element 20. Reference numeral 71 denotes a cathode electrode connected by pressure contact with the cathode electrode 29b of the GTO element 20, and corresponds to the stack electrode 27a. 21
A is a substrate 7 for connecting the GTO element 20 through the mounting hole 21 corresponding to the substrate 70 of the gate driver 4.
The mounting holes are provided at 0, and in order to connect the gate driver 4 and the GTO element 20, for example, about 6 mounting holes 21A are required.
【0058】上述した基板70は、絶縁体を挟んで対向
した次の2つの回路パターン基板を有する。即ち、同基
板70は、ゲートリード基板72、カソードリード基板
73、両基板72と73とを絶縁するための絶縁体74
とを有している。このような多層基板構造を設けたの
は、ゲートドライバ4側の内部インダクタンスを低減す
るためである。GTO素子本体20は、ネジ75、76
又は溶接、かしめ等により、ゲートドライバ本体4Cと
接続される。The above-mentioned substrate 70 has the following two circuit pattern substrates facing each other with the insulator interposed therebetween. That is, the substrate 70 includes a gate lead substrate 72, a cathode lead substrate 73, and an insulator 74 for insulating the two substrates 72 and 73.
And have. The multilayer substrate structure is provided in order to reduce the internal inductance on the gate driver 4 side. The GTO element body 20 has screws 75 and 76.
Alternatively, it is connected to the gate driver main body 4C by welding, caulking or the like.
【0059】以上のように、本GTO3の気密パッケー
ジは、半導体基板上に形成された内部のゲート電極29
a側からゲートドライバ本体4C側へ向けて延長された
リング状ないし円盤状のゲート電極38を有しており、
しかも当該パッケージ(20)は、上記リング状ゲート
電極38の外周部分を直接ゲートドライバ4の本体4C
より延びた基板70に取り付け穴21Aを介して接続・
固定するだけで、ゲートドライバ4に接続される。その
ため、当該接続にあたっては、ゲートリード線は一切使
用されていない。従って、従来構成における問題点は全
て改善される。即ち、従来、GTO素子の内部ゲートリ
ード部とGTO素子のゲート端子及びカソード端子との
それぞれの結合で発生していた結合ロスというものは、
上述のようにゲートリードの取り出しを円盤状構造とす
ることにより大幅に低減されると共に、従来、外部ゲー
トリード線とゲートドライバとの結合により生じていた
結合ロスに相当する電力ロスは、この発明では円盤状の
ゲートリード部ないしゲート電極38の全体がゲートド
ライバ4のゲート電流通電用基板70に直接に接続され
るため、大幅に低減される。更に、従来、ループR1の
全インダクタンスの90%をも占めていた外部ゲートリ
ード線自体のインダクタンスは、この発明では、それら
自体が使用されないため、存在しない。As described above, the airtight package of the present GTO 3 has the internal gate electrode 29 formed on the semiconductor substrate.
It has a ring-shaped or disk-shaped gate electrode 38 extending from the side a toward the side of the gate driver body 4C,
Moreover, in the package (20), the outer peripheral portion of the ring-shaped gate electrode 38 is directly connected to the main body 4C of the gate driver 4.
Connected to the extended board 70 via the mounting hole 21A.
It is connected to the gate driver 4 only by fixing it. Therefore, no gate lead wire is used for the connection. Therefore, all the problems in the conventional configuration are improved. That is, the coupling loss that has conventionally been caused by the coupling between the internal gate lead portion of the GTO element and the gate terminal and cathode terminal of the GTO element is
As described above, by taking out the gate lead with the disk-shaped structure, it is significantly reduced, and the power loss corresponding to the coupling loss conventionally generated by the coupling between the external gate lead wire and the gate driver is reduced by the present invention. In this case, since the entire disc-shaped gate lead portion or the gate electrode 38 is directly connected to the gate current conducting substrate 70 of the gate driver 4, it is significantly reduced. Furthermore, the inductance of the external gate leads themselves, which conventionally occupied 90% of the total inductance of the loop R1, does not exist because they are not used in the present invention.
【0060】この様に、GTO素子20(3)の内部イ
ンダクタンスの低減とゲートドライバ4の内部インダク
タンスの低減とを実現することが可能となった。これら
の改善に加えて、更に、GTO素子20とゲートドライ
バ4との接続を既述したように工夫を行うことにより
(図7)、GTO素子3を、ターンオフゲインG≦1と
いう条件で以てターンオフさせることが可能な上昇率d
IGQ/dtの領域を現実に発生させることが可能となっ
た。In this way, it is possible to reduce the internal inductance of the GTO element 20 (3) and the internal inductance of the gate driver 4. In addition to these improvements, the connection between the GTO element 20 and the gate driver 4 is further devised as described above (FIG. 7), so that the GTO element 3 is provided with a turn-off gain G ≦ 1. Rate of rise d that can be turned off
It has become possible to actually generate the I GQ / dt region.
【0061】尚、ゲート電流を、図8の平面図に示す基
板70Aを用いて、対角に位置する2方向、又は4方向
へと取り出すようにしても良く、更にそれ以上の方向へ
とゲート電流を取り出すようにしても良い。The gate current may be taken out in two or four directions diagonally located by using the substrate 70A shown in the plan view of FIG. You may make it take out an electric current.
【0062】以上の様な回路構成、機構を備える半導体
スイッチ装置の動作を、図9と図10に基づき説明す
る。尚、図9は、動作波形を示しており、図10は、G
TO3をPNPトランジスタ80とNPNトランジスタ
81とから成る回路構成に置き換えた場合の等価モデル
を示す。The operation of the semiconductor switch device having the above circuit structure and mechanism will be described with reference to FIGS. 9 and 10. Note that FIG. 9 shows operation waveforms, and FIG.
An equivalent model in which TO3 is replaced with a circuit configuration including a PNP transistor 80 and an NPN transistor 81 is shown.
【0063】図9において、GTO3がターンオンして
陽極電流IAが流れている状態の時に(時刻t1)、制御
信号62(図2)に応じてゲートドライバ4がゲート逆
電流IGQを急激な上昇率ないし傾きで以て上昇させる
と、ゲート逆電流IGQは、その絶対値が極めて短時間に
陽極電流IAの絶対値と等しい電流値に達する(IGQ=-I
A)(時刻T2)。この状態で、GTO3のアノード電極
3Aに流れ込む陽極電流IAは全てゲート電極3G、配
線経路L1を介してゲートドライバ4に転流し、|GT
O3の陽極電流IA|≦|ゲート逆電流IGQ|の関係式
が成立し、カソード電流IK=0の状態となる。これ以
降、ゲート逆電流IGQは、GTO3が完全にターンオフ
するまで、|IA|≦|IGQ|の状態を維持し続ける。In FIG. 9, when the GTO 3 is turned on and the anode current I A is flowing (time t 1 ), the gate driver 4 rapidly changes the gate reverse current I GQ in response to the control signal 62 (FIG. 2). If the gate reverse current I GQ reaches a current value whose absolute value is equal to the absolute value of the anode current I A in an extremely short time (I GQ = -I).
A ) (time T 2 ). In this state, all the anode current I A flowing into the anode electrode 3A of the GTO 3 is commutated to the gate driver 4 via the gate electrode 3G and the wiring path L1, and | GT
The relational expression of the anode current I A | ≦ | gate reverse current I GQ | of O3 is established, and the cathode current I K = 0. After that, the gate reverse current I GQ continues to maintain the state of | I A | ≦ | I GQ | until the GTO 3 is completely turned off.
【0064】図9に示す電流差ΔIGQは、図10に示す
NPNトランジスタ81のリカバリー電流であるものと
考えられる。これは、次のような現象により生ずる。即
ち、図10において、GTO3がターンオンして陽極電
流IAが半導体基板内を流れている状態では、その電流
IAは、GTO3のアノード電極3Aからループ82と
ループ83とに別れてカソード電極3Kへと流れてい
る。この状態からGTO3がターンオフへ移行すると、
陽極電流IAの全ては強烈にゲートドライバ4へと引っ
張られ、ループ84とループ85へと流れていく。この
時、NPNトランジスタ81のベース電流は正方向から
負の方向へ反転し、NPNトランジスタ81は急激にタ
ーンオフしてしまい、その内部キャリアがリカバリ電流
となって重畳的に流れることとなる。このリカバリ電流
の増加分が上述の電流差ΔIGQとなって表われ、この
時、|ゲート逆電流IGQ|>|陽極電流IA|となる。The current difference ΔI GQ shown in FIG. 9 is considered to be the recovery current of the NPN transistor 81 shown in FIG. This is caused by the following phenomenon. That is, in FIG. 10, when the GTO 3 is turned on and the anode current I A is flowing in the semiconductor substrate, the current I A is separated from the anode electrode 3A of the GTO 3 into the loop 82 and the loop 83, and the cathode electrode 3K. Is flowing to. From this state, when GTO3 is turned off,
All of the anode current I A is strongly pulled by the gate driver 4 and flows to the loop 84 and the loop 85. At this time, the base current of the NPN transistor 81 is inverted from the positive direction to the negative direction, the NPN transistor 81 is suddenly turned off, and its internal carrier becomes a recovery current and flows in a superimposed manner. The increase in the recovery current is expressed as the above-mentioned current difference ΔI GQ, and at this time, | gate reverse current I GQ |> | anode current I A |.
【0065】このように、ゲート逆電流|IGQ|>|陽
極電流IA|となって、図10のNPNトランジスタ8
1がターンオフしてしまうと、PNPトランジスタ80
のベース電流は0となり(IB=0)、PNPトランジ
スタ80はターンオフへと移行していく。In this way, the gate reverse current | I GQ |> | anode current I A | becomes, and the NPN transistor 8 of FIG.
When 1 is turned off, PNP transistor 80
The base current becomes zero (I B = 0), PNP transistor 80 will shift to the turn-off.
【0066】PNPトランジスタ80の電圧阻止機能が
回復し始めると(時刻T3)、図9に示すアノード・カ
ソード電極間電圧VAKが上昇し始め、このアノード・カ
ソード電極間電圧VAKが電源電圧VDDと等しい値に達し
た時(時刻T4)、陽極電流IAが減少し始め、GTO3
はターンオフ状態へと移行していく。この時のアノード
・カソード電極間電圧VAKの上昇率dVAK/dtは、G
TO3の電圧阻止機能の回復するスピードのみによって
決定されるものであり、外部接続回路等により決定され
るものではない。この点で、スナバコンデンサCSに依
存してアノード・カソード電極間電圧の上昇率が決定さ
れていた従来技術とは、本発明は明確に異なる。[0066] the voltage blocking capability and starts to recover (time T 3) of the PNP transistor 80, the voltage V AK between the anode and cathode electrode shown in FIG. 9 begins to rise, the anode-cathode voltage V AK is the power supply voltage When a value equal to V DD is reached (time T 4 ), the anode current I A begins to decrease and GTO3
Turns into a turn-off state. At this time, the rising rate dV AK / dt of the voltage V AK between the anode and the cathode electrode is G
It is determined only by the speed at which the voltage blocking function of TO3 is restored, not by the external connection circuit or the like. In this respect, the present invention is clearly different from the prior art in which the increase rate of the voltage between the anode and the cathode electrode is determined depending on the snubber capacitor C S.
【0067】図9において、本発明のピーク電圧(サー
ジ電圧)VPとは、GTO3がターンオフした時に主回
路(電源9からノード11、GTO3、ノード12を経
て電源9に至るまでのループ)の浮遊インダクタンスL
に起因して発生する起電圧(そのエネルギーはE=1/
2*L*I2で表される)が電源電圧VDDに重畳されて
得られる電圧である。このピーク電圧VPが仮にGTO
3の電圧阻止能力を超えると、GTO3は破壊されてし
まう。そこで、GTO3のターンオフ時に上記ピーク電
圧VPへ向けて上昇し続けるアノード・カソード電極間
電圧VAKを、GTO3の電圧阻止能力を超えないように
抑圧するピーク電圧抑制回路5を、GTO3のノード1
1、12間にGTO3に対して並列に接続しておく必要
がある。図1のピーク電圧抑制回路5は、そのような機
能をもったものであり、例えばツェナーダイオード、バ
リスタ、セレスタ、アレスタ等から成る、電圧クランプ
回路である。同回路5は、GTOのターンオフ時に上昇
し続ける電圧VAKが、GTO3の電圧阻止能力を越えな
い範囲内に設定された所定の電圧値VSPに達した後は、
もし同回路5がなかったならば同電圧VAKがピーク電圧
VPに達し、再び所定の電圧値VSPに戻るまでに要する
時間である所定の時間Δt(図9)だけ、電圧VAKを抑
制後のピーク電圧VSPに保持し続ける。従って、ピーク
電圧VPは発生せず、GTO3素子が破壊されることは
全くない。In FIG. 9, the peak voltage (surge voltage) V P of the present invention means the main circuit (loop from the power supply 9 to the node 11, GTO 3, node 12 to the power supply 9) when the GTO 3 is turned off. Stray inductance L
Electromotive force generated due to (the energy is E = 1 /
2 * L * I 2 ) is a voltage obtained by superimposing it on the power supply voltage V DD . If this peak voltage V P is GTO
If the voltage blocking capability of 3 is exceeded, the GTO 3 will be destroyed. Therefore, the peak voltage suppressing circuit 5 that suppresses the anode-cathode electrode voltage V AK that continues to increase toward the peak voltage V P when the GTO 3 is turned off so as not to exceed the voltage blocking capability of the GTO 3 is provided at the node 1 of the GTO 3.
It is necessary to connect GTO3 between 1 and 12 in parallel. The peak voltage suppression circuit 5 of FIG. 1 has such a function, and is a voltage clamp circuit including, for example, a Zener diode, a varistor, a celestor, and an arrester. After the voltage V AK that continues to rise when the GTO is turned off reaches a predetermined voltage value V SP set within a range that does not exceed the voltage blocking capability of the GTO 3, the circuit 5 is
If If there is no same circuit 5 the voltage V AK reaches the peak voltage V P, a predetermined time Delta] t (Fig. 9) is the time required for the returns to a predetermined voltage value V SP, the voltage V AK The peak voltage after suppression is kept at V SP . Therefore, the peak voltage V P is not generated, and the GTO3 element is never destroyed.
【0068】以上の様に、この発明では、ターンオフ時
に、図11に示す上昇率dIGQ/dtの領域RAにおい
てGTO3を制御することで、GTO3をターンオフさ
せている。同図中、曲線CA上の点PAが、主電流IA
のゲートドライバ4側への転流が生じる転流点であり、
この場合は、前述のリカバリー電流が無いと考えた場合
の理想状態にある。現実的には、転流した主電流にリカ
バリー電流が重畳されるので、ターンオフゲインG<1
の領域内でGTO3のターンオフが実現されている。As described above, in the present invention, at the time of turn-off, the GTO 3 is turned off by controlling the GTO 3 in the region RA of the rate of increase dI GQ / dt shown in FIG. In the figure, the point PA on the curve CA is the main current I A.
Is a commutation point where commutation of the
In this case, it is in an ideal state when it is considered that there is no recovery current described above. In reality, since the recovery current is superimposed on the commutated main current, the turn-off gain G <1
The turn-off of GTO3 is realized in the area of.
【0069】図12及び図13は、それぞれ、従来技術
及び本発明における主電流IAのターンオフ時の流れを
比較的に示した図である。従来技術、例えば特開平5−
111262号公報(スイス国出願番号9110619
19)や特開平6−188411号公報(ドイツ国出願
番号P4227063)に開示された技術では、図12
に示すとおり、ターンオフ時においても、カソード電流
IKがGTO3P内を流れている。即ち、主電流IAは、
ターンオフ時、カソード電流IKとIGQPとに分流してい
る。しかし、この場合は、個々のセグメントに流れるカ
ソード電流IKは小さな値であっても、それらが一部の
セグメントに集中的に流れ込むこととなるので、GTO
素子の破壊という問題点を内在している。FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams relatively showing the flow of the main current I A at turn-off in the prior art and the present invention, respectively. Prior art, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-
No. 111262 (Swiss application number 9110619)
19) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-188411 (German application No. P4227063).
As shown in, the cathode current I K is flowing in the GTO 3P even at turn-off. That is, the main current I A is
At the time of turn-off, the cathode current is divided into I K and I GQP . However, in this case, even if the cathode current I K flowing through each segment is a small value, they will intensively flow into some of the segments, so the GTO
The problem of element destruction is inherent.
【0070】これに対して、本発明では、図13に示す
通り、ターンオフ時、カソード電流IKは全く流れなく
なり、主電流IAは全てゲートドライバ4側の経路へ転
流し、リカバリー電流の発生によってゲート逆電流IGQ
の絶対値は主電流IAの絶対値とリカバリー電流の絶対
値との和となり、|IGQ|≧|IA|の関係式が成立し
ている(従来技術では、|IGQP|<|IA|)。On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 13, at the time of turn-off, the cathode current I K does not flow at all, and all the main current I A commutates to the path on the side of the gate driver 4 to generate the recovery current. Gate reverse current I GQ
Is the sum of the absolute value of the main current I A and the absolute value of the recovery current, and the relational expression | I GQ | ≧ | I A | holds (in the prior art, | I GQP | <| I A |).
【0071】以上のように、この発明では、ターンオフ
モード期間中にわたり|陽極電流IA|≦|ゲート逆電
流IGQ|となる、新規のゲート転流方式を採用している
ため、ターンオフ時にはカソード電流IK=0となり、
GTO3Pの内部のカソード面にカソード電流が流れ込
むという状態は全く発生せず、従来ターンオフ失敗の原
因となっていたカソード面への局在的な電流集中は全く
おこり得ない。よって、ターンオフ失敗による素子破壊
のおそれは、この発明では皆無となり、装置の信頼度は
格段に向上する。この効果は、本発明の核心的効果であ
って、上述した各文献に示された技術の組合せを以てし
ても得られない利点であると言える。As described above, according to the present invention, since the new gate commutation system in which | anode current I A | ≦ | gate reverse current I GQ | The current I K = 0,
The cathode current does not flow into the cathode surface inside the GTO 3P at all, and localized current concentration on the cathode surface, which has conventionally been a cause of turn-off failure, cannot occur at all. Therefore, in the present invention, there is no possibility of element destruction due to turn-off failure, and the reliability of the device is significantly improved. It can be said that this effect is the core effect of the present invention and is an advantage that cannot be obtained even by the combination of the techniques shown in the above-mentioned respective documents.
【0072】加えて、アノード・カソード電極間電圧V
AKの上昇を抑制してサージ電圧を抑制する回路5を設け
ているので、スパイク電圧は、同回路5によりカットさ
れて全く発生しない。そのため、従来、ターンオフ時に
蓄積された電荷を放電させるために必要であったスナバ
コンデンサCSを不要とすることができる。即ち、従来
技術では必要不可欠であったスナバ回路を不必要とする
ことができ、これにより装置の小形化、簡素化、低コス
ト化、高効率化を実現することができる。In addition, the voltage V between the anode and cathode electrodes
Since the circuit 5 for suppressing the rise in AK and suppressing the surge voltage is provided, the spike voltage is cut by the circuit 5 and is not generated at all. Therefore, the snubber capacitor C S , which was conventionally required to discharge the electric charge accumulated at the time of turn-off, can be eliminated. That is, the snubber circuit, which is indispensable in the prior art, can be dispensed with, and the device can be made compact, simple, low cost, and highly efficient.
【0073】図14は、図1のものとは異なるピーク電
圧保護回路を採用した半導体スイッチング装置の回路構
成を示す。同図において、図1中の参照符号と同一符号
のものは、同一のものを示す。そして、GTO3のパッ
ケージ構造やゲートドライバ4の機構も、図1で述べた
ものが用いられる。参照符号6から8のそれぞれは、G
TO3がターンオフ状態となったときに発生するスパイ
ク電圧やピーク電圧(サージ電圧)による電力ロスを抑
制ないし低減する、保護回路を構成する素子であり、順
番にダイオード、抵抗素子、コンデンサを示す。特に、
ここでは、ノード11とノード12間にGTO3に対し
て並列に配設されたバイパス線BLに含まれるコンデン
サ8(容量素子)の一端15が、抵抗素子7を含み且つ
ノード14において電源9と接続された配線経路R4を
介して、電源9に接続されている点に特徴点がある。FIG. 14 shows a circuit configuration of a semiconductor switching device which employs a peak voltage protection circuit different from that of FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. As the package structure of the GTO 3 and the mechanism of the gate driver 4, those described in FIG. 1 are used. Each of the reference numbers 6 to 8 is G
It is an element that constitutes a protection circuit that suppresses or reduces power loss due to a spike voltage or a peak voltage (surge voltage) that occurs when TO3 is turned off, and shows a diode, a resistance element, and a capacitor in order. In particular,
Here, one end 15 of the capacitor 8 (capacitance element) included in the bypass line BL arranged in parallel with the GTO 3 between the node 11 and the node 12 includes the resistance element 7 and is connected to the power supply 9 at the node 14. It is characterized in that it is connected to the power supply 9 through the formed wiring route R4.
【0074】以上の様な半導体スイッチング装置10A
ないし、GTO3の動作を、実測波形を示す図15を基
に説明する。The semiconductor switching device 10A as described above
Or, the operation of the GTO 3 will be described with reference to FIG.
【0075】この場合のGTO3の動作は既述した図1
の装置での動作と同等であり、アノード・カソード電極
間電圧VAKのピーク電圧抑制動作のみが図1の場合と異
なる。図15の実測波形は、IA=1000(A/
d)、VAK=1000(V/d)、IGQ=1200(A
/d)、VGD=20(V/d)、t=2(μs/d)と
した場合の例である。同図中、曲線C1、C2、C3、
C4は、それぞれ陽極電流IA、アノード・カソード電
極間電圧VAK、ゲート逆電流IGQ、ゲート電圧VGの実
測波形を示す。The operation of the GTO 3 in this case is shown in FIG.
1 is the same as the operation in the device of FIG. 1, and only the peak voltage suppressing operation of the voltage V AK between the anode and the cathode electrode is different from the case of FIG. The measured waveform of FIG. 15 is I A = 1000 (A /
d), V AK = 1000 (V / d), I GQ = 1200 (A
/ D), V GD = 20 (V / d), and t = 2 (μs / d). In the figure, curves C1, C2, C3,
C4 shows the measured waveforms of the anode current I A , the anode-cathode electrode voltage V AK , the gate reverse current I GQ , and the gate voltage V G , respectively.
【0076】図14において、コンデンサ8は抵抗素子
7を通して常に電源電圧VDDに充電されており、ターン
オフ動作時においては、発生するスパイク電圧VDSP及
びピーク電圧VPから電源電圧VDDを超えた電圧部分
(VDSP−VDD、VP−VDD)による電流のみが、ダイオ
ード6を通してコンデンサ8に吸収される。従って、上
記超過した部分だけが、その超過する時間だけ、コンデ
ンサ8に新たに充電されるにすぎない。In FIG. 14, the capacitor 8 is constantly charged to the power supply voltage V DD through the resistance element 7, and during the turn-off operation, the generated spike voltage V DSP and peak voltage V P exceed the power supply voltage V DD . Only the current due to the voltage portion (V DSP -V DD , V P -V DD ) is absorbed by the capacitor 8 through the diode 6. Therefore, only the excess portion is newly charged to the capacitor 8 for the excess time.
【0077】以上の点を、図15に基づいて説明する。
アノード・カソード電極間電圧VAKが電源電圧VDDに達
するまでは、コンデンサ8は機能せず、この期間(t2
−t1)の上昇率dVAK/dtはGTO3の能力により
決定される(このとき、全主電流IAはゲートドライバ
4側へ転流している)。そして、アノード・カソード電
極間電圧VAKが電源電圧VDDに達して陽極電流IAが減
少し始めると(時刻t2)、それと同時に、ノード11
に流れ込む主電流はダイオード6を通してコンデンサ8
側へと、即ちバイパス経路BLへと流れ始める。この
時、流れ込むバイパス電流iの上昇率di/dtと、G
TO3とダイオード6とコンデンサ8とから成る閉回路
ないし第1ループR2に浮遊するインダクタンス
(Lf1)とによって起電圧が発生する。これが、図15
に示すスパイク電圧VDSPである(時刻t3)。これ以
後、時刻t5までは、アノード・カソード電極間電圧V
AKのピーク電圧VPと電源電圧VDDとの差はコンデンサ
8に吸収される。その際、コンデンサ8に吸収される過
充電分が、GTO3の電圧阻止能力以下となるように、
コンデンサ8の容量値は適切に決定されている。つま
り、時刻t4から時刻t5までに上昇するアノード・カソ
ード電極間電圧VAKのピーク値VPがGTO3の電圧阻
止能力以下となるように、コンデンサ8の容量値によっ
て決定される。The above points will be described with reference to FIG.
The capacitor 8 does not function until the voltage V AK between the anode and the cathode electrode reaches the power supply voltage V DD , and this period (t 2
The rate of increase dV AK / dt of −t 1 ) is determined by the capability of the GTO 3 (at this time, the total main current I A is commutated to the gate driver 4 side). Then, when the anode-cathode electrode voltage V AK reaches the power supply voltage V DD and the anode current I A starts to decrease (time t 2 ), at the same time, the node 11
The main current flowing into the capacitor is through the diode 6 and the capacitor 8
The flow starts to the side, that is, to the bypass path BL. At this time, the rate of increase di / dt of the bypass current i flowing in and G
An electromotive voltage is generated by the closed circuit composed of TO3, the diode 6 and the capacitor 8 or the inductance (L f1 ) floating in the first loop R2. This is
Is the spike voltage V DSP shown at (time t 3 ). After that, until time t 5 , the voltage V between the anode and the cathode electrode is
The difference between the peak voltage V P of AK and the power supply voltage V DD is absorbed by the capacitor 8. At that time, the amount of overcharge absorbed by the capacitor 8 should be equal to or lower than the voltage blocking capability of the GTO 3.
The capacitance value of the capacitor 8 is appropriately determined. That is, it is determined by the capacitance value of the capacitor 8 so that the peak value V P of the anode-cathode electrode voltage V AK that rises from the time t 4 to the time t 5 becomes equal to or lower than the voltage blocking ability of the GTO 3.
【0078】尚、コンデンサ8によって吸収されたピー
ク電圧の過充電分は、抵抗素子7を通して、次回ターン
オフまでに電源9側に放電される。一方、GTO3のタ
ーンオン時においてもコンデンサ8に充電された電圧な
いし電荷は、それが放電しようとしてもダイオード6に
阻止されるので、放電することはない。よって、コンデ
ンサ8は、常に電源電圧VDDと等しい電圧に充電されて
いることになる。The overcharged portion of the peak voltage absorbed by the capacitor 8 is discharged through the resistance element 7 to the power source 9 side by the next turn-off. On the other hand, even when the GTO 3 is turned on, the voltage or charge charged in the capacitor 8 is blocked by the diode 6 even if it tries to discharge, so that it is not discharged. Therefore, the capacitor 8 is always charged to a voltage equal to the power supply voltage V DD .
【0079】尚、時刻t4から時刻t5までのピーク電圧
VPは、第2ループR3内の浮遊インダクタンス
(LA2)とコンデンサ8の容量値とに起因して生ずる起
電力に基づく。The peak voltage V P from time t 4 to time t 5 is based on the electromotive force generated by the stray inductance (L A2 ) in the second loop R3 and the capacitance value of the capacitor 8.
【0080】以上の様に、この半導体スイッチング装置
10Aのピーク電圧抑制回路ないし保護回路のコンデン
サ8に蓄積されるエネルギーについては、従来技術にお
けるスナバコンデンサのようにスナバ抵抗によって0値
に至るまで全てが放電されてしまうのではなくて、その
内の過充電分のみが放電されるに過ぎなく、従来問題と
なっていたスナバ回路の放電損失を格段に低減すること
ができる。しかも、この半導体スイッチング装置10A
では、従来技術のスナバ回路で用いられていた部材をそ
のまま用い、かつスナバ抵抗として用いられていた抵抗
素子の配線を配線経路R4として電源9のノード14に
直接接続するだけで、上記保護回路を簡単に構成できる
ため、即ち、従来のスナバ回路をそのまま利用して放電
損失を十分低減させることが可能となるため、非常に実
現性の高い装置を実現できる利点がある。勿論、同装置
10Aでも、図1の装置10と同様に、ターンオフ時の
GTO3の素子破壊を完全に阻止することができる。As described above, the energy stored in the capacitor 8 of the peak voltage suppression circuit or the protection circuit of the semiconductor switching device 10A is entirely reduced to 0 by the snubber resistance like the snubber capacitor in the prior art. Instead of being discharged, only the overcharged portion is discharged, and the discharge loss of the snubber circuit, which has been a problem in the past, can be significantly reduced. Moreover, this semiconductor switching device 10A
Then, by simply using the members used in the snubber circuit of the related art and directly connecting the wiring of the resistance element used as the snubber resistance to the node 14 of the power supply 9 as the wiring route R4, Since the structure can be simplified, that is, the conventional snubber circuit can be used as it is to sufficiently reduce the discharge loss, there is an advantage that a highly realizable device can be realized. Of course, also in the device 10A, like the device 10 of FIG. 1, it is possible to completely prevent the element breakdown of the GTO 3 at the time of turn-off.
【0081】先の課題の項で触れたように、以上図1な
いし図15で説明した半導体スイッチング装置により、
従来からの課題は基本的には解決されるが、現実の製品
化を図るためには、構造は勿論、製造、保守時の作業性
等、更には周辺機器、部品を含めた具体化への検討が必
要となり、これら具体化の中で提起される問題点も解決
していかねばならない。As mentioned in the previous section, the semiconductor switching device described above with reference to FIGS.
Although the conventional problems are basically solved, in order to achieve actual commercialization, in addition to the structure, workability at the time of manufacturing and maintenance, as well as implementation of peripheral devices and parts It is necessary to consider it, and it is necessary to solve the problems raised in these embodiments.
【0082】即ち、本願発明になる半導体スイッチング
装置においては、ゲートドライバから半導体スイッチン
グ素子のゲート電極へターンオフ電流を流すため、半導
体スイッチング素子のリング状のゲート端子とゲートド
ライバからの導体とを電気的に接続する必要があるが、
先の図6、図7に示した例では、この接続をネジを使用
して締め付ける構造のものとしている。この場合、ゲー
ト端子に流入する電流はその周方向に沿って均等に分布
することが要求されるので、ネジの取付ピッチは大きく
できず、結果としてネジの本数が増える。発明者等が試
作した4000A定格のGTOの場合は少なくとも16
本のネジが必要となる。このため、当該部分のネジ穴寸
法の要求精度が極めて高くなって加工コストが増大する
とともに、当該部分の着脱時の作業性が極めて煩雑にな
るという新たな問題点が存在する。That is, in the semiconductor switching device according to the present invention, since a turn-off current flows from the gate driver to the gate electrode of the semiconductor switching element, the ring-shaped gate terminal of the semiconductor switching element and the conductor from the gate driver are electrically connected. Need to be connected to
In the examples shown in FIGS. 6 and 7, the connection has a structure in which a screw is used to tighten the connection. In this case, since the current flowing into the gate terminal is required to be evenly distributed along the circumferential direction, the screw mounting pitch cannot be increased, and as a result, the number of screws increases. At least 16 in case of 4000A rated GTO prototyped by the inventors
You need a book of screws. Therefore, there is a new problem that the required accuracy of the screw hole size of the relevant portion becomes extremely high, the processing cost increases, and the workability at the time of attaching and detaching the relevant portion becomes extremely complicated.
【0083】図16は、以上の新たな問題点をも解決し
た、この発明の実施の形態1における半導体スイッチン
グ装置を示す構成図で、同図(1)はその平面図、同図
(2)はその側面図である。また、図17は図16
(1)のX1−X1線で切断した断面図である。なお、
以下では、図1〜図15で説明した内容とその主たる着
目点が異なるので、同一または相当部分についても新た
な符号を付して説明するものとする。FIG. 16 is a block diagram showing a semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention, which solves the above-mentioned new problems, and FIG. Is a side view thereof. In addition, FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by the X1-X1 line of (1). In addition,
In the following, since the main points of interest differ from the contents described with reference to FIGS. 1 to 15, the same or corresponding parts will be described with new reference numerals.
【0084】図において、100は周方向に延在するリ
ング状のゲート端子101を備えた半導体スイッチング
素子としてのGTO、102および103はGTO10
0の軸方向上下端に形成されたアノード電極およびカソ
ード電極、104は各電極端子間を絶縁する絶縁筒であ
る。200はゲートドライバである。110はGTO1
00とゲートドライバとの間の電流路を構成する配線基
板で、図18にその詳細断面を示すように、互いに絶縁
層115を介して積層された4層の導電層111〜11
4を備えている。そして、第1層、第3層の第1の導電
層111、113はゲート側電流路を形成し、それぞれ
の一端(図18では、図示を省略している左方端)はゲ
ートドライバ200のゲート側出力端子に接続され、第
2層、第4層の第2の導電層112、114はカソード
側電流路を形成し、それぞれの一端はゲートドライバ2
00のカソード側出力端子に接続されている。なお、第
1の導電層111、113および第2の導電層112、
114は、ゲート端子101の接続位置近傍において、
スルーホール116によりそれぞれ相互に電気的に接続
されている。In the figure, 100 is a GTO as a semiconductor switching device having a ring-shaped gate terminal 101 extending in the circumferential direction, and 102 and 103 are GTO 10.
An anode electrode and a cathode electrode formed on the upper and lower ends of 0 in the axial direction, and 104 are insulating cylinders that insulate the respective electrode terminals. Reference numeral 200 is a gate driver. 110 is GTO1
00 and the gate driver, the wiring board constitutes a current path, and as shown in the detailed cross section of FIG.
It is equipped with 4. Then, the first conductive layers 111 and 113 of the first and third layers form a gate side current path, and one end (the left end not shown in FIG. 18) of the gate side of the gate driver 200. The second conductive layers 112 and 114 of the second and fourth layers are connected to the gate-side output terminal and form cathode-side current paths, one end of each of which is the gate driver 2
00 to the cathode side output terminal. Note that the first conductive layers 111 and 113 and the second conductive layers 112,
114 is in the vicinity of the connection position of the gate terminal 101,
The through holes 116 are electrically connected to each other.
【0085】図16、17に戻り、120は平板状の導
体板で図19で後述するように、スタック構造として組
み立てられた時点でその右方端がカソード電極103に
当接し、軸方向に圧接されて固定される。導体板120
の左方端は図示しないゲートドライバ200と一体に固
定される。121は皿ネジ122により導体板120に
一体に固着された導電材からなるカソードスペーサで、
その上面には第2の導電層114を露出させた配線基板
110の下面が当接する。Returning to FIGS. 16 and 17, reference numeral 120 denotes a flat conductor plate, as will be described later with reference to FIG. Is fixed. Conductor plate 120
The left end of is fixed to a gate driver 200 (not shown). Reference numeral 121 denotes a cathode spacer made of a conductive material, which is integrally fixed to the conductor plate 120 with countersunk screws 122.
The lower surface of the wiring board 110 with the second conductive layer 114 exposed is in contact with the upper surface thereof.
【0086】123は接触部としての雌形コネクタで、
その下面には第1の導電層111を露出させた配線基板
110の上面が当接する。この雌形コネクタ123の右
方端にはゲート端子101を導入可能な凹部124が形
成されており、この凹部124内の上下面には、図17
に示すように溝125を設けてこの溝125に板バネ状
の弾性接触子126を取り付けている。127、128
はボルトで、カソードスペーサ121と雌形コネクタ1
23とで配線基板110を挟持圧接し三者を一体に固定
する。129、130はボルト127、128を絶縁す
る絶縁スペーサである。Reference numeral 123 denotes a female connector as a contact portion,
The upper surface of the wiring board 110 exposing the first conductive layer 111 is in contact with the lower surface thereof. A recess 124 into which the gate terminal 101 can be introduced is formed at the right end of the female connector 123.
As shown in FIG. 5, a groove 125 is provided and a leaf spring-like elastic contact 126 is attached to the groove 125. 127, 128
Is a bolt, the cathode spacer 121 and the female connector 1
The wiring board 110 is sandwiched and pressed by 23 and 23 to integrally fix the three. Reference numerals 129 and 130 denote insulating spacers that insulate the bolts 127 and 128.
【0087】図16〜18に示す半導体スイッチング装
置においては、予め皿ネジ122、ボルト127、12
8を使用して雌形コネクタ123、配線基板110、カ
ソードスペーサ121および導体板120、更にゲート
ドライバ200を一体に組み立てておく。勿論、雌形コ
ネクタ123の凹部124内には弾性接触子126が取
り付けられている。そして、図16(2)の矢印で示す
ように、GTO100を左方へ動かし、そのカソード電
極103が導体板120に当接する状態でゲート端子1
01を雌形コネクタ123の凹部124内へ導入する。
この場合、ゲート端子101が雌形コネクタ123と一
対となる雄形コネクタとして動作する。即ち、GTO1
00と雌形コネクタ123とが所定の定められた相対位
置に至ると、弾性接触子126がゲート端子101をそ
の上下両面から圧接し、この弾性接触子126および雌
形コネクタ123を介してゲート端子101と第1の導
電層111とが電気的に接続される。そして、この導電
層111はスルーホール116により導電層113と接
続されているので、ゲートドライバ200のゲート側出
力端子からの電流は両導電層111、113を経てゲー
ト端子101に流れることになる。In the semiconductor switching device shown in FIGS. 16 to 18, countersunk screws 122 and bolts 127 and 12 are previously provided.
8, the female connector 123, the wiring board 110, the cathode spacer 121, the conductor plate 120, and the gate driver 200 are assembled together. Of course, the elastic contact 126 is mounted in the recess 124 of the female connector 123. Then, as shown by the arrow in FIG. 16 (2), the GTO 100 is moved to the left, and the cathode terminal 103 is in contact with the conductor plate 120.
01 is introduced into the recess 124 of the female connector 123.
In this case, the gate terminal 101 operates as a male connector paired with the female connector 123. That is, GTO1
00 and the female connector 123 reach a predetermined relative position, the elastic contact 126 presses the gate terminal 101 from both upper and lower surfaces thereof, and the gate terminal 101 is pressed through the elastic contact 126 and the female connector 123. 101 and the first conductive layer 111 are electrically connected. Since the conductive layer 111 is connected to the conductive layer 113 through the through hole 116, the current from the gate side output terminal of the gate driver 200 will flow to the gate terminal 101 through both conductive layers 111 and 113.
【0088】また、カソード電極103は導体板120
およびカソードスペーサ121を経て第2の導電層11
4と接続される。そして、この導電層114はスルーホ
ール116により導電層112と接続されているので、
ゲートドライバ200のカソード側出力端子からの電流
は両導電層112、114を経てカソード電極103に
流れることになる。以上のように、ゲートドライバ20
0とGTO100との間を接続する電流路が、電流が互
いに逆方向に流れる一対の導電層を2組積層してなる配
線基板110で構成されているので、この電流路のイン
ダクタンスを極めて小さな値に抑えることができ、前述
した原理にもとづく所望の急峻なターンオフ電流の供給
が容易確実になされる訳である。Further, the cathode electrode 103 is the conductor plate 120.
And the second conductive layer 11 via the cathode spacer 121.
4 is connected. Since the conductive layer 114 is connected to the conductive layer 112 through the through hole 116,
The current from the cathode side output terminal of the gate driver 200 flows to the cathode electrode 103 through both conductive layers 112 and 114. As described above, the gate driver 20
0 and the GTO 100 are connected to each other by a wiring board 110 formed by laminating a pair of conductive layers in which currents flow in directions opposite to each other. Therefore, the desired steep turn-off current can be easily and surely supplied based on the above-mentioned principle.
【0089】また、ゲート端子101の切り離しは、図
16(2)の矢印とは逆に、GTO100を右方へ移動
し、ゲート端子101を雌形コネクタ123の凹部12
4から導出すればよい。以上のように、この実施の形態
による半導体スイッチング装置のゲート端子の接続脱着
構造にあっては、ゲート端子101を雌形コネクタ12
3の凹部124へ導入、導出するのみでその着脱が可能
となるので、その作業性が極めて簡便になる。しかも、
先の図6、図7のように、多数のネジ穴を必要としない
ので、特別に高い加工精度が不要となり製品価格を低減
することができる。また、小径のネジ穴が多い場合に
は、組立作業時に、ネジの切り屑が原因となって、ゲー
ト、カソード間が短絡状態となる可能性があるが、この
発明ではこのような懸念が皆無となる。To disconnect the gate terminal 101, the GTO 100 is moved to the right, contrary to the arrow in FIG. 16 (2), and the gate terminal 101 is moved to the recess 12 of the female connector 123.
It should be derived from 4. As described above, in the connection / detachment structure of the gate terminal of the semiconductor switching device according to this embodiment, the gate terminal 101 is connected to the female connector 12
The workability can be extremely simplified because the attachment / detachment can be performed simply by introducing and guiding the same into / from the recess 124 of No. 3. Moreover,
Unlike the previous FIGS. 6 and 7, since a large number of screw holes are not required, a particularly high processing accuracy is not required, and the product price can be reduced. In addition, when there are many small-diameter screw holes, there is a possibility that short circuit will occur between the gate and the cathode due to screw chips during the assembly work. Becomes
【0090】図19は、以上で説明した半導体スイッチ
ング装置を複数個使用し他の周辺部品とともに半導体ス
タック装置として組み立てたものである。同図(1)は
その構造図、同図(2)はその回路ブロック図である。
図において、100はGTO、200はゲートドライ
バ、201は環流ダイオード、202はスナバダイオー
ド、203は冷却部材としての冷却フィン、204はス
タック電極、205は絶縁スペーサである。この内、冷
却フィン203には水冷配管206が接続され、GTO
100や環流ダイオード201やスナバダイオード20
2からの発熱を冷却水へ放熱する。210は以上の各部
品を積み重ね上下から締め付け、各構成部品を圧接状態
で格納する取付枠である。図19から判るように、この
形態例では、ゲートドライバ200は導体板120を介
して支持されスタック構造と一体の構成となる。FIG. 19 shows a structure in which a plurality of semiconductor switching devices described above are used and are assembled together with other peripheral components as a semiconductor stack device. FIG. 1A is its structural diagram, and FIG. 2B is its circuit block diagram.
In the figure, 100 is a GTO, 200 is a gate driver, 201 is a freewheeling diode, 202 is a snubber diode, 203 is a cooling fin as a cooling member, 204 is a stack electrode, and 205 is an insulating spacer. Of these, a water cooling pipe 206 is connected to the cooling fin 203, and the GTO
100, freewheeling diode 201 and snubber diode 20
The heat generated from 2 is radiated to the cooling water. Reference numeral 210 denotes a mounting frame that stacks the above-mentioned components and tightens them from above and below to store the components in a pressed state. As can be seen from FIG. 19, in this embodiment, the gate driver 200 is supported via the conductor plate 120 and is integrated with the stack structure.
【0091】実施の形態2.図20はこの発明の実施の
形態2における半導体スイッチング装置の要部を示す構
成図である。同図(1)はその平面図、同図(2)はそ
の側面図である。また、図21は図20(1)のX2−
X2線で切断した断面図である。図において、先の形態
例と大きく異なるのは、GTO100のカソードの構成
である。即ち、図20のものでは、主電流を流すための
カソード電極103とは別に、ゲートドライバ接続用の
カソード端子105を追設している。そして、先のゲー
ト端子101とカソード端子105とは絶縁リング10
6の表裏に一体になって周方向に延在するリング状に形
成されている。また、配線基板には図22で後述するが
フレキシブル配線基板110Bを採用している。従っ
て、先の導体板120は使用しておらず、カソード電極
103には直接冷却フィン203を当接させることがで
きるので、その分、放熱の熱伝達性が向上する。Embodiment 2. 20 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 1A is its plan view, and FIG. 2B is its side view. Further, FIG. 21 shows X2- of FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by X2 line. In the figure, the configuration of the cathode of the GTO 100 is largely different from the previous embodiment. That is, in the structure shown in FIG. 20, a cathode terminal 105 for connecting a gate driver is additionally provided in addition to the cathode electrode 103 for flowing the main current. The gate terminal 101 and the cathode terminal 105 are separated from each other by the insulating ring 10.
The front and back surfaces of 6 are integrally formed in a ring shape extending in the circumferential direction. A flexible wiring board 110B, which will be described later with reference to FIG. 22, is used as the wiring board. Therefore, the conductor plate 120 is not used, and the cooling fin 203 can be directly brought into contact with the cathode electrode 103, so that the heat transfer property of heat radiation is improved accordingly.
【0092】更に、接触部側の構成は以下の通りとなっ
ている。即ち、131は第1のコネクタ片で、その下面
には第1の導電層111を露出させたフレキシブル配線
基板110Bの上面が当接する。132は第2のコネク
タ片で、その上面には第2の導電層114を露出させた
フレキシブル配線基板110Bの下面が当接する。そし
て、両コネクタ片131、132により、その右方端に
凹部133が形成されている。更に、この凹部133の
上下面には溝134が形成され、その溝134に弾性接
触子135、136が取り付けられている。137はボ
ルトで、第1のコネクタ片131と第2のコネクタ片1
32とでフレキシブル配線基板110Bを挟持圧接し三
者を一体に固定する。138はボルト137を絶縁する
絶縁スペーサである。139および140はフレキシブ
ル配線基板110Bを補強的に第2のコネクタ片132
に固定するためのボルトおよび絶縁スペーサである。Further, the structure of the contact portion side is as follows. That is, 131 is a first connector piece, and the upper surface of the flexible wiring board 110B exposing the first conductive layer 111 is in contact with the lower surface thereof. Reference numeral 132 is a second connector piece, and the lower surface of the flexible wiring board 110B exposing the second conductive layer 114 is in contact with the upper surface thereof. A concave portion 133 is formed at the right end of the connector pieces 131 and 132. Further, grooves 134 are formed on the upper and lower surfaces of the recess 133, and the elastic contacts 135, 136 are attached to the grooves 134. 137 is a bolt, which is used for the first connector piece 131 and the second connector piece 1
The flexible wiring board 110B is sandwiched and pressed with 32 to fix the three members integrally. Reference numeral 138 is an insulating spacer for insulating the bolt 137. 139 and 140 are second connector pieces 132 for reinforcing the flexible wiring board 110B.
Bolts and insulating spacers for fixing to.
【0093】組立ての要領は、先の図16の場合と同様
であるが、GTO100のゲート端子101およびカソ
ード端子105を凹部133内へ導入させGTO100
を所定位置に設定すると、弾性接触子135が上方から
ゲート端子101を圧接し、弾性接触子136が下方か
らカソード端子105を圧接する。従って、ゲート端子
101が第1の導電層111に電気的に接続され、カソ
ード端子105が第2の導電層114に電気的に接続さ
れ、図16の場合と同様、GTO100とゲートドライ
バ200との接続脱着の作業性が極めて簡便となる。The procedure for assembling is the same as in the case of FIG. 16 described above, except that the gate terminal 101 and the cathode terminal 105 of the GTO 100 are introduced into the recess 133.
Is set to a predetermined position, the elastic contactor 135 presses the gate terminal 101 from above, and the elastic contactor 136 presses the cathode terminal 105 from below. Therefore, the gate terminal 101 is electrically connected to the first conductive layer 111, and the cathode terminal 105 is electrically connected to the second conductive layer 114. As in the case of FIG. The workability of connecting and disconnecting becomes extremely simple.
【0094】図22は図20で示す半導体スイッチング
装置を複数個使用し他の周辺部品とともに半導体スタッ
ク装置として組み立てたものである。なお、同図では細
部の符号は省略している。ここでは、フレキシブル配線
基板110Bの可撓性を利用してこれをその途中で湾曲
させるとともに、各ゲートドライバ200は図に断面で
示す装置の固定枠250に取り付けられており、ゲート
ドライバ200の重量がGTO100側にかからない構
造となっている。従って、半導体スタック装置として外
形寸法が大幅に低減するとともに、耐振特性も向上す
る。FIG. 22 shows a structure in which a plurality of semiconductor switching devices shown in FIG. 20 are used and are assembled together with other peripheral parts as a semiconductor stack device. It should be noted that detailed symbols are omitted in FIG. Here, the flexibility of the flexible wiring board 110B is used to bend the flexible wiring board 110B in the middle thereof, and each gate driver 200 is attached to the fixing frame 250 of the device shown in the cross section in the figure, and the weight of the gate driver 200 is increased. Has a structure that does not apply to the GTO100 side. Therefore, the external dimensions of the semiconductor stack device are significantly reduced, and the vibration resistance characteristics are improved.
【0095】なお、図22では、GTO100のゲート
端子101の面とゲートドライバ200の面とが直角と
なる場合について示したが、両者を接続する電流路にフ
レキシブル配線基板110Bを使用しているので、直角
に限ることなく任意の形状に合わすことができる。ま
た、ゲートドライバ200の取付位置の誤差もこのフレ
キシブル配線基板110Bで吸収することができる。更
に、共通の取付枠210で組み立てられた複数のGTO
100の各ゲートドライバ200をそれぞれ異なる相対
位置姿勢で取り付けることも可能となる。Although FIG. 22 shows the case where the surface of the gate terminal 101 of the GTO 100 and the surface of the gate driver 200 are at a right angle, the flexible wiring board 110B is used in the current path connecting them. , It is possible to fit any shape without being limited to the right angle. Further, the flexible wiring board 110B can also absorb an error in the mounting position of the gate driver 200. Furthermore, multiple GTOs assembled with a common mounting frame 210
It is also possible to attach the gate drivers 200 of 100 in different relative positions and orientations.
【0096】実施の形態3.図23はこの発明の実施の
形態3における半導体スイッチング装置を示す構成図で
ある。同図(1)はその平面図、同図(2)はその側面
図である。また、図24は図23(1)のX3−X3線
で切断した断面図である。ここでは、コネクタの雌雄の
構造を先の形態のものと反対にしている。即ち、GTO
100のゲート端子101として、図24に示すよう
に、その径方向先端に凹部141を有したものとし、こ
の凹部141内の上下面に弾性接触子142を取り付け
ている。これによって、ゲート端子101を雌形コネク
タとして機能させる訳である。一方、配線基板110の
右方端部分に雄形コネクタ部143を形成する。配線基
板110自体は図17、18で説明したものと同様のも
のであるが、スルーホール116を利用してこの雄形コ
ネクタ部143の部分では、その表裏両面に第1の導電
層を露出させた構造としている。121は導体板120
に一体に固着されたカソードスペーサで、その上面には
第2の導電層114を露出させた配線基板110の下面
が当接する。そして、配線基板110はボルト144お
よび絶縁スペーサ145により、カソードスペーサ12
1に締め付け固定されている。Embodiment 3. 23 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 1A is its plan view, and FIG. 2B is its side view. Further, FIG. 24 is a sectional view taken along line X3-X3 of FIG. Here, the male and female structure of the connector is reversed from that of the previous form. That is, GTO
As shown in FIG. 24, the gate terminal 101 of the device 100 has a recess 141 at its radial end, and elastic contacts 142 are attached to the upper and lower surfaces of the recess 141. This causes the gate terminal 101 to function as a female connector. On the other hand, the male connector portion 143 is formed on the right end portion of the wiring board 110. The wiring board 110 itself is the same as that described with reference to FIGS. It has a different structure. 121 is a conductor plate 120
The cathode spacer is integrally fixed to the upper surface of the wiring board 110, and the lower surface of the wiring board 110 exposing the second conductive layer 114 is in contact with the upper surface thereof. The wiring board 110 is connected to the cathode spacer 12 by the bolt 144 and the insulating spacer 145.
It is fastened and fixed to 1.
【0097】この半導体スイッチング装置では、図23
(2)の矢印で示すように、GTO100を左方へ移動
させ、そのカソード電極103が導体板120に当接す
る状態で配線基板110の先端に形成した雄形コネクタ
部143をゲート端子101の凹部141内へ導入す
る。GTO100と雄形コネクタ部143とが所定の定
められた相対位置に至ると、弾性接触子142が雄形コ
ネクタ部143をその上下両面から圧接し、この弾性接
触子142を介してゲート端子101と第1の導電層1
11とが電気的に接続される。また、カソード電極10
3は導体板120およびカソードスペーサ121を経て
第2の導電層114と接続される。In this semiconductor switching device, as shown in FIG.
As shown by the arrow in (2), the GTO 100 is moved to the left, and the male connector portion 143 formed at the tip of the wiring substrate 110 with the cathode electrode 103 thereof in contact with the conductor plate 120 is recessed in the gate terminal 101. It is introduced into 141. When the GTO 100 and the male connector portion 143 reach a predetermined relative position, the elastic contactor 142 press-contacts the male connector portion 143 from both upper and lower surfaces thereof and the gate terminal 101 via the elastic contactor 142. First conductive layer 1
11 is electrically connected. In addition, the cathode electrode 10
3 is connected to the second conductive layer 114 via the conductor plate 120 and the cathode spacer 121.
【0098】以上のように、この実施の形態による半導
体スイッチング装置のゲート端子の接続脱着構造にあっ
ては、雄形コネクタ部143をゲート端子101の凹部
141へ導入、導出するのみでその着脱が可能となるの
で、先の形態1の場合と同様、その作業性は極めて簡便
となる。As described above, in the structure for connecting / disconnecting the gate terminal of the semiconductor switching device according to this embodiment, the male connector portion 143 can be attached / detached only by being introduced into / removed from the recess 141 of the gate terminal 101. Since it is possible, the workability is extremely simple, as in the case of the first embodiment.
【0099】実施の形態4.図25はこの発明の実施の
形態4における半導体スイッチング装置を示す構成図で
ある。同図(1)はその平面図、同図(2)はその側面
図である。また、図26は図25(1)のX4−X4線
で切断した断面図である。ここでは、図20、21で示
したと同様に、主電流を流すためのカソード電極103
とは別に、ゲートドライバ接続用のカソード端子105
を追設し、ゲート端子101とカソード端子105とは
絶縁リング106の表裏に一体になって周方向に延在す
るリング状に形成されている。そして、更に、この絶縁
リング106の径方向寸法をゲート端子101およびカ
ソード端子105より小さく設定することにより、その
径方向先端に凹部146を形成している。また、この凹
部146内に弾性接触子147を取り付けている。Fourth Embodiment 25 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 1A is its plan view, and FIG. 2B is its side view. Further, FIG. 26 is a sectional view taken along line X4-X4 of FIG. Here, in the same manner as shown in FIGS. 20 and 21, the cathode electrode 103 for flowing the main current is used.
Separately from the cathode terminal 105 for connecting the gate driver
The gate terminal 101 and the cathode terminal 105 are integrally formed on the front and back of the insulating ring 106 in a ring shape extending in the circumferential direction. Further, by setting the radial dimension of the insulating ring 106 smaller than that of the gate terminal 101 and the cathode terminal 105, a concave portion 146 is formed at the radial tip thereof. Further, an elastic contact 147 is attached in the recess 146.
【0100】一方、配線基板110側は、その右方端に
雄形コネクタ部148を形成し、この雄形コネクタ部1
48の部分では、上面に第1の導電層111を露出さ
せ、下面に第2の導電層114を露出させている。On the other hand, on the wiring board 110 side, a male connector portion 148 is formed at the right end thereof, and the male connector portion 1 is formed.
In the portion 48, the first conductive layer 111 is exposed on the upper surface and the second conductive layer 114 is exposed on the lower surface.
【0101】この場合、配線基板110の先端に形成さ
れた雄形コネクタ部148が雄形コネクタ、そして凹部
146を有するゲート端子101およびカソード端子1
05が雌形コネクタとして機能する。即ち、GTO10
0を図25(2)の矢印の方向に移動させ、雄形コネク
タ部148を凹部146内に導入し、所定位置に至る
と、弾性接触子147が雄形コネクタ部148をその上
下両面から圧接する。従って、ゲート端子101が第1
の導電層111に電気的に接続され、カソード端子10
5が第2の導電層114に電気的に接続され、先の形態
例と同様、GTO100とゲートドライバ200との接
続脱着の作業性が極めて簡便となる。In this case, the male connector portion 148 formed at the tip of the wiring board 110 is a male connector, and the gate terminal 101 and the cathode terminal 1 having the recess 146 are provided.
05 functions as a female connector. That is, GTO10
0 is moved in the direction of the arrow in FIG. 25 (2) to introduce the male connector portion 148 into the recess 146, and when it reaches a predetermined position, the elastic contact 147 presses the male connector portion 148 from both upper and lower surfaces thereof. To do. Therefore, the gate terminal 101 is the first
Electrically connected to the conductive layer 111 of the cathode terminal 10
5 is electrically connected to the second conductive layer 114, and the workability of connecting / disconnecting the GTO 100 and the gate driver 200 becomes extremely simple, as in the previous embodiment.
【0102】実施の形態5.図27は、先の各実施の形
態で説明した内容の一部変形例を示す。図27(1)の
126Aは図17等における弾性接触子の変形例であ
る。即ち、先の形態例では、板バネ状のものとしたが、
この弾性接触子126Aでは、弾性導電材にいわゆる打
ち出し加工を施し、複数条の接触片149を突出させて
いる。この場合、各接触片149がいずれも、ゲート端
子101を雌形コネクタ123の凹部124へ導入、導
出する移動方向に平行に形成されているので、この移動
時の摺動動作が円滑になされ、確実な電気的接触が得ら
れるという利点がある。Embodiment 5. FIG. FIG. 27 shows a partially modified example of the contents described in each of the above embodiments. Reference numeral 126A in FIG. 27 (1) is a modification of the elastic contactor in FIG. 17 and the like. That is, in the above example of the form, the leaf spring-like one is used,
In this elastic contactor 126A, a so-called stamping process is applied to the elastic conductive material to project a plurality of contact pieces 149. In this case, since each contact piece 149 is formed parallel to the moving direction for introducing and leading the gate terminal 101 into the concave portion 124 of the female connector 123, the sliding operation at the time of this movement is made smooth, There is an advantage that a reliable electrical contact can be obtained.
【0103】図27(2)は図25、26で説明したコ
ネクタ機構の変形例で、同(a)はその斜視図、同
(b)は要部の側面図である。図において、150は弾
性接触板で、ゲート端子101にロー付等で一体に固着
されている。151は同じく弾性接触板で、カソード端
子105に一体に固着されている。これら両弾性接触板
150、151により雌形コネクタを構成する訳であ
る。そして、両弾性接触板150、151によってその
左方先端に形成される凹部152に配線基板110を導
入し、ゲートドライバ200へのゲート端子101およ
びカソード端子105の電気的接続を同時に実現する。
なお、配線基板110の先端に形成する雄形コネクタ部
153は、同(b)に示すように、図26の場合とは逆
に、その上面に第2の導電層114を露出させその下面
に第1の導電層111を露出させたものとする必要があ
る。FIG. 27 (2) is a modification of the connector mechanism described with reference to FIGS. 25 and 26. FIG. 27 (a) is a perspective view thereof and FIG. 27 (b) is a side view of a main part. In the figure, 150 is an elastic contact plate, which is integrally fixed to the gate terminal 101 by brazing or the like. Similarly, 151 is an elastic contact plate, which is integrally fixed to the cathode terminal 105. The two elastic contact plates 150, 151 constitute a female connector. Then, the wiring board 110 is introduced into the recess 152 formed at the left end of the elastic contact plates 150 and 151, and the gate terminal 101 and the cathode terminal 105 are electrically connected to the gate driver 200 at the same time.
Note that, as shown in FIG. 26B, the male connector portion 153 formed at the tip of the wiring board 110 is opposite to the case of FIG. The first conductive layer 111 needs to be exposed.
【0104】図27(3)は例えば図17で説明した、
雌形コネクタ123の凹部124内におけるゲート端子
101との接触機構の変形例を示すものである。ここで
は、雌形コネクタ123の凹部124側に開口する穴1
54を設け、更に、導体球155をその一部が穴154
から突出可能なように穴154内に収容し、かつ、この
導体球155を上方へ押し出す方向の導体バネ156を
設けている。一方、ゲート端子101の導体球155と
対向する位置には丸穴157が形成されている。同図で
は、離して図示しているが、本来の接触動作時には、ゲ
ート端子101は雌形コネクタ123の上面(凹部12
4側の面)に接近しており、かつ、その丸穴157と導
体球155の位置が合致するので、導体バネ156のバ
ネ力により、導体球155がゲート端子101の丸穴1
57の周囲に圧接される。これにより、GTO100の
ゲート端子101は、導体球155、導体バネ156、
雌形コネクタ123を経て第1の導電層111に電気的
に接続されることになる。導体球155および丸穴15
7を適当個数配備することにより、GTO100とゲー
トドライバ200との円滑な接続脱着が可能となる。FIG. 27 (3) is described with reference to FIG. 17, for example.
7 shows a modified example of the contact mechanism with the gate terminal 101 in the recess 124 of the female connector 123. Here, the hole 1 that opens to the concave portion 124 side of the female connector 123
54, and further, a conductor sphere 155 is partially provided with a hole 154.
A conductor spring 156 is housed in the hole 154 so that the conductor spring 156 can be projected therefrom and the conductor sphere 155 is pushed upward. On the other hand, a round hole 157 is formed at a position facing the conductor ball 155 of the gate terminal 101. In the same figure, the gate terminals 101 are shown separated from each other, but at the time of the original contact operation, the gate terminal 101 is provided on the upper surface of the female connector 123 (the concave portion 12).
4), and the positions of the round holes 157 and the conductor balls 155 match, the conductor spring 156 causes the conductor balls 155 to move the round holes 1 of the gate terminal 101.
It is pressed against the periphery of 57. As a result, the gate terminal 101 of the GTO 100 has the conductor ball 155, the conductor spring 156,
It will be electrically connected to the first conductive layer 111 via the female connector 123. Conductor ball 155 and round hole 15
By arranging an appropriate number of 7, the GTO 100 and the gate driver 200 can be connected and disconnected smoothly.
【0105】実施の形態6.図28はこの発明の更に他
の変形例を示すもので、例えば、先の図16、17で説
明した雌形コネクタ123の変形例である。即ち、ここ
では、雌形コネクタを、ゲート端子101の周長の内、
ゲートドライバ200側の半周分の接続を担う雌形コネ
クタ片123Aと、反ゲートドライバ200側の半周分
の接続を担う雌形コネクタ片123Bとで構成し、両雌
形コネクタ片123Aおよび123Bを、別途コネクタ
159で脱着可能としたものである。Sixth Embodiment FIG. 28 shows still another modification of the present invention, which is, for example, a modification of the female connector 123 described with reference to FIGS. That is, here, the female connector is defined as
A female connector piece 123A for connecting half the circumference on the gate driver 200 side and a female connector piece 123B for connecting half the circumference on the side opposite to the gate driver 200 are formed, and both female connector pieces 123A and 123B are The connector 159 can be attached and detached separately.
【0106】組み立て時は、先ず、雌形コネクタ片12
3Bを分離しておき、GTO100のゲート端子101
を雌形コネクタ片123Aの凹部に挿入した後、雌形コ
ネクタ片123Bをその凹部にゲート端子101を導入
するようにしてコネクタ159により、雌形コネクタ片
123Aと一体化する。図28(1)は、雌形コネクタ
片123Bの両端にコネクタ159を設けて雌形コネク
タ片123Aとの完全分離を可能としたもの、同図
(2)は、ピン160により、雌形コネクタ片123B
の一端を雌形コネクタ片123Aに回動可能に取り付け
たものである。At the time of assembly, first, the female connector piece 12
3B is separated, and the gate terminal 101 of the GTO 100
After inserting into the concave portion of the female connector piece 123A, the female connector piece 123B is integrated with the female connector piece 123A by the connector 159 so that the gate terminal 101 is introduced into the concave portion. FIG. 28 (1) shows that the connector 159 is provided at both ends of the female connector piece 123B to enable complete separation from the female connector piece 123A. 123B
One end of the above is rotatably attached to the female connector piece 123A.
【0107】この形態例では、いずれも、雌形コネクタ
がゲート端子101の全周にわたって接触するので、ゲ
ート端子101におけるターンオフ電流の周方向の分布
がより均等なものとなる利点がある。In each of the embodiments, since the female connector contacts the entire circumference of the gate terminal 101, there is an advantage that the circumferential distribution of the turn-off current at the gate terminal 101 becomes more uniform.
【0108】実施の形態7.図29はこの発明の更に他
の変形例を示すもので、例えば、先の図27、28で説
明した雄形コネクタ部143の変形例である。即ち、こ
こでは、雄形コネクタ部を、ゲート端子101の周長の
内、ゲートドライバ200側の半周分の接続を担う雄形
コネクタ部片143Aと、反ゲートドライバ200側の
半周分の接続を担う雄形コネクタ部片143Bとで構成
し、両雄形コネクタ部片143Aおよび143Bを、別
途コネクタ159で脱着可能としたものである。Seventh Embodiment FIG. 29 shows still another modification of the present invention, which is, for example, a modification of the male connector portion 143 described in FIGS. 27 and 28. That is, here, the male connector portion is connected to the male connector portion piece 143A which is responsible for the connection of a half circumference of the gate driver 200 side in the circumference of the gate terminal 101, and the connection of the half circumference of the opposite gate driver 200 side. A male connector part 143B is provided, and both male connector parts 143A and 143B can be attached / detached by a separate connector 159.
【0109】組み立ての要領は図28の場合と同様であ
るので説明は省略するが、ここでも、両雄形コネクタ部
片143A、143Bの完全分離可能形(同図(1))
と、回動連結形(同図(2))とが考えられる。なお、
同図においてコネクタ159は簡略化した形で図示して
いるが、配線基板110に例えば図28等で示した4層
の導電層111〜114を有するものを使用する場合
は、コネクタ159にはこれら各導電層111〜114
を各別に着脱可能な構造のものを使用する。これによ
り、電流路の低インダクタンス化と、ゲート端子101
におけるターンオフ電流の周方向の均一化が同時に実現
する。Since the procedure for assembling is the same as that of the case of FIG. 28, the description thereof will be omitted, but also here, both male connector pieces 143A and 143B are completely separable (FIG. 1A).
And a rotational connection type ((2) in the figure) can be considered. In addition,
In the figure, the connector 159 is shown in a simplified form. However, when the wiring board 110 having the four conductive layers 111 to 114 shown in FIG. Each conductive layer 111-114
Use a structure that can be attached and detached separately. As a result, the inductance of the current path is reduced and the gate terminal 101
At the same time, a uniform turn-off current in the circumferential direction is realized.
【0110】なお、上記各形態例におけるゲート端子1
01はいずれもGTO100の周方向に延在するリング
状の形態のものとして説明したが、図30に示すよう
に、GTO100の周方向に沿って等間隔に複数の端子
片109が設けられたもので、いわば、周方向に不連続
に延在する形態のゲート端子101Aであっても、この
発明は同様に適用することができ同等の効果を奏するも
のである。The gate terminal 1 in each of the above embodiments
Although all 01 are described as having a ring shape extending in the circumferential direction of the GTO 100, as shown in FIG. 30, a plurality of terminal pieces 109 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the GTO 100. The present invention can be similarly applied to the gate terminal 101A having the form of discontinuously extending in the circumferential direction and has the same effect.
【0111】また、この発明に係る半導体スイッチング
素子を適用し、更にこれら半導体スイッチング素子をゲ
ート制御して電力変換を行うゲート制御装置を備えるこ
とにより、上述した通り、ゲート端子の接続脱着の作業
性が良好で兼価な、例えばインバータ等の電力変換装置
を得ることができる。Further, by applying the semiconductor switching elements according to the present invention and further including a gate controller for controlling the gates of these semiconductor switching elements to perform power conversion, as described above, the workability of connecting / disconnecting the gate terminals is improved. It is possible to obtain an electric power conversion device such as an inverter, which is good and has good value.
【0112】[0112]
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る半導体ス
イッチング装置は、半導体スイッチング素子を周方向に
延在するゲート端子を備えたものとし、電流路の反ゲー
トドライバ側端部に接触部を形成し、上記ゲート端子お
よび接触部はそのいずれか一方を雄形、そのいずれか他
方を雌形とする互いに接離可能な一対のコネクタを構成
したので、接触部を介したコネクタ構造による接離操作
でゲートと電流路との接続着脱が可能となり、その作業
が極めて簡便となる。As described above, the semiconductor switching device according to the first aspect is provided with the gate terminal extending in the circumferential direction of the semiconductor switching element, and the contact portion is provided at the end of the current path on the side opposite to the gate driver. Since one of the gate terminal and the contact portion is a male type, and the other is a female type, a pair of connectors that can be contacted and separated from each other is configured. It is possible to connect and disconnect the gate and the current path by a detaching operation, which makes the work extremely simple.
【0113】請求項2に係る半導体スイッチング装置
は、半導体スイッチング素子を周方向に延在するゲート
端子を備えたものとし、電流路をゲート側電流路を形成
する第1の導電層とカソード側電流路を形成する第2の
導電層とを絶縁層を介して積層してなる配線基板とし、
上記配線基板の上記第1の導電層を露出させた一方の面
に固定され上記ゲート端子を導入可能な凹部を有する雌
形コネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性接
触子を備え、上記ゲート端子を上記雌形コネクタの凹部
に導入し上記弾性接触子で上記ゲート端子を圧接するこ
とにより上記ゲート端子と上記第1の導電層とを電気的
に接続するようにしたので、ゲート端子を雌形コネクタ
の凹部に導入、導出するのみの操作でゲートと電流路と
の接続着脱が可能となり、その作業が極めて簡便になる
とともに、配線基板の採用で低インダクタンスの電流路
が実現する。According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the semiconductor switching element is provided with a gate terminal extending in the circumferential direction, and the current path is a first conductive layer forming a gate side current path and a cathode side current. A wiring board formed by laminating a second conductive layer forming a path with an insulating layer interposed therebetween,
The gate is provided with a female connector fixed to one surface of the wiring board where the first conductive layer is exposed and having a recess into which the gate terminal can be introduced, and an elastic contactor mounted in the recess. Since the terminal is introduced into the concave portion of the female connector and the gate terminal is pressed into contact with the elastic contactor, the gate terminal and the first conductive layer are electrically connected to each other. It is possible to connect and disconnect the gate and the current path by simply inserting and pulling them out into the recess of the shape connector, which makes the work extremely simple and realizes a low inductance current path by using the wiring board.
【0114】請求項3に係る半導体スイッチング装置
は、その半導体スイッチング素子のカソード電極に当接
し軸方向に圧接されて固定される導電板、および配線基
板の第2の導電層を露出させた他方の面と上記導電板と
の間に介在し上記第2の導電層と上記導電板とを電気的
に接続するカソードスペーサを備えたので、カソードス
ペーサを経てカソード電極がカソード側電流路に電気的
に接続される。According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, there is provided a conductive plate which is in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and is pressed and fixed in the axial direction, and the second conductive layer of the wiring substrate is exposed. Since the cathode spacer is provided between the surface and the conductive plate to electrically connect the second conductive layer and the conductive plate, the cathode electrode is electrically connected to the cathode side current path via the cathode spacer. Connected.
【0115】請求項4に係る半導体スイッチング装置
は、半導体スイッチング素子を周方向に延在し互いに電
気的に絶縁されて表裏に形成されたゲートドライバ接続
用のゲート端子およびカソード端子を備えたものとし、
電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層とカソ
ード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を介し
て積層してなる配線基板とし、上記配線基板の上記第1
の導電層を露出させた一方の面に固定された第1のコネ
クタ片と上記配線基板の上記第2の導電層を露出させた
他方の面に固定された第2のコネクタ片とからなり、上
記両コネクタ片が対面するように形成され上記ゲート端
子およびカソード端子を導入可能な凹部を有する雌形コ
ネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性接触子
を備え、上記ゲート端子およびカソード端子を上記雌形
コネクタの凹部に導入し上記弾性接触子で上記ゲート端
子およびカソード端子を圧接することにより、上記ゲー
ト端子と上記第1の導電層および上記カソード端子と上
記第2の導電層をそれぞれ電気的に接続するようにした
ので、ゲート端子およびカソード端子を第1のコネクタ
片と第2のコネクタ片とからなる雌形コネクタの凹部に
導入、導出するのみの操作でゲートおよびカソードと電
流路との接続着脱が可能となり、その作業が極めて簡便
になるとともに、配線基板の採用で低インダクタンスの
電流路が実現する。更に、カソード電極には、ゲートド
ライバ接続用の部材を介在させる必要がないので、例え
ばこのカソード電極に直接冷却部材を当接させることで
冷却性能の向上を図ることができる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device comprising a gate terminal for connecting a gate driver and a cathode terminal which are formed on the front and back sides of the semiconductor switching element and which are circumferentially extended and electrically insulated from each other. ,
The current path is a wiring board in which a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path are laminated with an insulating layer interposed therebetween, and the first wiring board is the first wiring board.
A first connector piece fixed to one surface of which the conductive layer is exposed, and a second connector piece fixed to the other surface of the wiring board where the second conductive layer is exposed, A female connector having a recess formed so that the both connector pieces face each other and into which the gate terminal and the cathode terminal can be introduced, and an elastic contact mounted in the recess, and the gate terminal and the cathode terminal are The gate terminal and the cathode terminal are electrically connected to the gate terminal and the first conductive layer by being introduced into the concave portion of the female connector and pressing the gate terminal and the cathode terminal with the elastic contact. Therefore, the gate terminal and the cathode terminal can be introduced into and taken out from the concave portion of the female connector including the first connector piece and the second connector piece. Enables connection detachable between the gate and the cathode and the current path in the operation, with the work is extremely simple, low-inductance current path is realized by adoption of the wiring board. Further, since it is not necessary to interpose a member for connecting the gate driver on the cathode electrode, it is possible to improve the cooling performance by directly bringing the cooling member into contact with the cathode electrode, for example.
【0116】また、請求項5に係る半導体スイッチング
装置は、その雌形コネクタを、半導体スイッチング素子
の全周に対向する凹部を有したものとし、かつ互いに着
脱可能な一対の半周分の雌形コネクタ片からなるものと
したので、ゲート端子またはゲート端子およびカソード
端子の周方向の電流分布の均一性が向上する。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device in which the female connector has a concave portion facing the entire circumference of the semiconductor switching element, and a pair of half-round female connectors which are detachable from each other. Since it is made of one piece, the uniformity of the current distribution in the circumferential direction of the gate terminal or the gate terminal and the cathode terminal is improved.
【0117】請求項6に係る半導体スイッチング装置
は、電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、半導体スイッチング
素子を周方向に延在し上記配線基板を導入可能な凹部を
有するゲート端子を備えたものとし、上記凹部内に取り
付けられた弾性接触子を備え、上記配線基板の第1の導
電層を露出させた部分を雄形コネクタ部とし、上記ゲー
ト端子の凹部に上記雄形コネクタ部を導入し上記弾性接
触子で上記雄形コネクタ部を圧接することにより上記ゲ
ート端子と上記第1の導電層とを電気的に接続するよう
にしたので、雄形コネクタ部をゲート端子の凹部に導
入、導出するのみの操作でゲートと電流路との接続着脱
が可能となり、その作業が極めて簡便になるとともに、
配線基板の採用で低インダクタンスの電流路が実現す
る。According to a sixth aspect of the semiconductor switching device of the present invention, a current path is formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path via an insulating layer. And a gate terminal having a recess in which the semiconductor switching element extends in the circumferential direction and into which the wiring board can be introduced, and an elastic contact mounted in the recess. The exposed portion of the first conductive layer is used as a male connector portion, the male connector portion is introduced into the recess of the gate terminal, and the male connector portion is pressure-contacted by the elastic contactor to thereby form the gate terminal. Since the first conductive layer and the first conductive layer are electrically connected to each other, it is possible to connect and disconnect the gate and the current path by simply inserting and pulling out the male connector into the recess of the gate terminal. Product With but becomes very simple,
A low inductance current path is realized by using a wiring board.
【0118】また、請求項7に係る半導体スイッチング
装置は、その半導体スイッチング素子のカソード電極に
当接し軸方向に圧接されて固定される導電板、および配
線基板の第2の導電層を露出させた部分と上記導電板と
の間に介在し上記第2の導電層と上記導電板とを電気的
に接続するカソードスペーサを備えたので、カソードス
ペーサを経てカソード電極がカソード側電流路に電気的
に接続される。Further, in the semiconductor switching device according to the seventh aspect, the conductive plate which is in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and fixed by being pressed in the axial direction is fixed, and the second conductive layer of the wiring substrate is exposed. Since the cathode spacer is provided between the portion and the conductive plate and electrically connects the second conductive layer and the conductive plate, the cathode electrode is electrically connected to the cathode side current path via the cathode spacer. Connected.
【0119】請求項8に係る半導体スイッチング装置
は、電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、半導体スイッチング
素子を周方向に延在し互いに電気的に絶縁されて表裏に
形成されたゲートドライバ接続用のゲート端子およびカ
ソード端子からなり、上記両端子が対面するように形成
され上記配線基板を導入可能な凹部を有するものとし、
上記凹部内に取り付けられた弾性接触子を備え、上記配
線基板の一方の面に上記第1の導電層を露出させ他方の
面に上記第2の導電層を露出させた部分を雄形コネクタ
部とし、上記半導体スイッチング素子の凹部に上記雄形
コネクタ部を導入し上記弾性接触子で上記雄形コネクタ
部を圧接することにより、上記ゲート端子と上記第1の
導電層および上記カソード端子と上記第2の導電層をそ
れぞれ電気的に接続するようにしたので、雄形コネクタ
部をゲート端子およびカソード端子からなる凹部に導
入、導出するのみの操作でゲートおよびカソードと電流
路との接続着脱が可能となり、その作業が極めて簡便に
なるとともに、配線基板の採用で低インダクタンスの電
流路が実現する。更に、カソード電極には、ゲートドラ
イバ接続用の部材を介在させる必要がないので、例えば
このカソード電極に直接冷却部材を当接させることで冷
却性能の向上を図ることができる。In a semiconductor switching device according to an eighth aspect of the present invention, a current path is formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path via an insulating layer. A wiring board consisting of a semiconductor switching element extending in the circumferential direction, electrically insulated from each other, and formed on the front and back sides of the gate terminal for connecting the gate driver and the cathode terminal. The terminals are formed so as to face each other. And having a recess into which the wiring board can be introduced,
The male connector part is provided with an elastic contactor mounted in the recess, and exposing the first conductive layer on one surface of the wiring board and the second conductive layer on the other surface. By introducing the male connector portion into the recess of the semiconductor switching element and pressing the male connector portion with the elastic contact, the gate terminal, the first conductive layer, the cathode terminal, and the first terminal Since the two conductive layers are electrically connected to each other, it is possible to connect / disconnect the gate / cathode and the current path by simply inserting and pulling out the male connector into / from the concave portion formed of the gate terminal and the cathode terminal. The work becomes extremely simple, and the use of a wiring board realizes a low-inductance current path. Further, since it is not necessary to interpose a member for connecting the gate driver on the cathode electrode, it is possible to improve the cooling performance by directly bringing the cooling member into contact with the cathode electrode, for example.
【0120】また、請求項9に係る半導体スイッチング
装置は、その雄形コネクタ部を、半導体スイッチング素
子の全周に亘るものとし、かつ互いに着脱可能な一対の
半周分の雄形コネクタ部片からなるものとしたので、ゲ
ート端子またはゲート端子およびカソード端子の周方向
の電流分布の均一性が向上する。According to a ninth aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the male connector portion extends over the entire circumference of the semiconductor switching element, and is composed of a pair of semi-circular male connector pieces that are detachable from each other. Therefore, the uniformity of the current distribution in the circumferential direction of the gate terminal or the gate terminal and the cathode terminal is improved.
【0121】請求項10に係る半導体スタック装置およ
び請求項11に係る電力変換装置は、以上の半導体スイ
ッチング素子を備えた、特にゲート接続の作業性の良好
な半導体スタック装置および電力変換装置が得られる。A semiconductor stack device according to a tenth aspect and a power conversion device according to the eleventh aspect can obtain a semiconductor stack device and a power conversion device including the above semiconductor switching elements and having particularly good workability in gate connection. .
【図1】 本発明の実施の形態1に係る半導体スイッチ
ング装置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor switching device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 ゲートドライバ回路の具体的な構成を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of a gate driver circuit.
【図3】 ゲート側に流れる電流の波形を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a current flowing to the gate side.
【図4】 本発明のGTO素子パッケージを示す断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a GTO device package of the present invention.
【図5】 本発明のGTO素子パッケージの外観を示す
平面図である。FIG. 5 is a plan view showing the appearance of a GTO device package of the present invention.
【図6】 本発明のゲートドライバの外観を示す平面図
である。FIG. 6 is a plan view showing the external appearance of the gate driver of the present invention.
【図7】 本発明のGTO素子パッケージとのゲートド
ライバとの接続方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for connecting a GTO element package of the present invention to a gate driver.
【図8】 多方向からゲート逆電流を取り出す場合のゲ
ートドライバーを示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a gate driver when gate reverse currents are taken out from multiple directions.
【図9】 本発明の実施の形態1に係る半導体スイッチ
ング装置の動作を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an operation of the semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention.
【図10】 GTOの等価モデルを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an equivalent model of GTO.
【図11】 アノード・カソード電極間電圧の上昇率と
ターンオフゲインとの関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the increase rate of the voltage between the anode and the cathode electrode and the turn-off gain.
【図12】 従来技術におけるターンオフ時の主電流の
流れを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a flow of a main current at the time of turn-off in a conventional technique.
【図13】 本発明におけるターンオフ時の主電流の流
れを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a main current flow at turn-off in the present invention.
【図14】 図1とは異なる、本発明の実施の形態1に
係る半導体スイッチング装置の回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram of a semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention, which is different from FIG.
【図15】 図14の装置における実測波形を示す図で
ある。FIG. 15 is a diagram showing actually measured waveforms in the apparatus of FIG.
【図16】 この発明の実施の形態1における半導体ス
イッチング装置を示す構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a first embodiment of the present invention.
【図17】 図16のX1−X1線で切断した断面図で
ある。17 is a sectional view taken along line X1-X1 of FIG.
【図18】 図16の配線基板の詳細を示す断面図であ
る。18 is a cross-sectional view showing details of the wiring board in FIG.
【図19】 図16の半導体スイッチング装置を使用し
た半導体スタック装置を示す構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram showing a semiconductor stack device using the semiconductor switching device of FIG. 16.
【図20】 この発明の実施の形態2における半導体ス
イッチング装置を示す構成図である。FIG. 20 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a second embodiment of the present invention.
【図21】 図20のX2−X2線で切断した断面図で
ある。21 is a cross-sectional view taken along line X2-X2 of FIG.
【図22】 図20の半導体スイッチング装置を使用し
た半導体スタック装置を示す構成図である。22 is a configuration diagram showing a semiconductor stack device using the semiconductor switching device of FIG. 20.
【図23】 この発明の実施の形態3における半導体ス
イッチング装置を示す構成図である。FIG. 23 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a third embodiment of the present invention.
【図24】 図23のX3−X3線で切断した断面図で
ある。24 is a cross-sectional view taken along line X3-X3 of FIG.
【図25】 この発明の実施の形態4における半導体ス
イッチング装置を示す構成図である。FIG. 25 is a configuration diagram showing a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図26】 図25のX4−X4線で切断した断面図で
ある。26 is a cross-sectional view taken along line X4-X4 of FIG.
【図27】 この発明の実施の形態5における各部の変
形例を示す構成図である。FIG. 27 is a configuration diagram showing a modified example of each part in the fifth embodiment of the present invention.
【図28】 この発明の実施の形態6における各部の変
形例を示す構成図である。FIG. 28 is a configuration diagram showing a modified example of each part in the sixth embodiment of the present invention.
【図29】 この発明の実施の形態7における各部の変
形例を示す構成図である。FIG. 29 is a configuration diagram showing a modified example of each part in the seventh embodiment of the present invention.
【図30】 周方向に延在するゲート端子101の変形
例を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a modification of the gate terminal 101 extending in the circumferential direction.
【図31】 従来装置の回路を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing a circuit of a conventional device.
【図32】 従来回路による実測波形を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing measured waveforms of a conventional circuit.
【図33】 従来のGTO素子パッケージの断面図であ
る。FIG. 33 is a cross-sectional view of a conventional GTO device package.
【図34】 従来のGTO素子パッケージの外観を示す
平面図である。FIG. 34 is a plan view showing the appearance of a conventional GTO device package.
【図35】 従来の問題点を指摘するための図である。FIG. 35 is a diagram for pointing out a conventional problem.
【図36】 従来の問題点を指摘するための図である。FIG. 36 is a diagram for pointing out a conventional problem.
3 GTO、3A アノード電極、3K カソード電
極、3G ゲート電極、4 ゲートドライバ、5 ピー
ク電圧抑制回路、R1 経路、IA 主電流、IG ター
ンオン制御電流、IGQ ゲート逆電流、100 GT
O、101,101A ゲート端子、102 アノード
電極、103 カソード電極、105 カソード端子、
106 絶縁リング、110 配線基板、110B フ
レキシブル配線基板、111,113 第1の導電層、
112,114 第2の導電層、115 絶縁層、12
0 導体板、121 カソードスペーサ、123 雌形
コネクタ、124,133,141,146,152
凹部、126,135,136,142,147 弾性
接触子、131 第1のコネクタ片、132 第2のコ
ネクタ片、143,148,153 雄形コネクタ部、
123A,123B 雌形コネクタ片、143A,14
3B 雄形コネクタ部片、200 ゲートドライバ、2
03 冷却フィン、210 取付枠。3 GTO, 3A anode electrode, 3K cathode electrode, 3G gate electrode, 4 gate driver, 5 peak voltage suppression circuit, R1 path, I A main current, I G turn-on control current, I GQ gate reverse current, 100 GT
O, 101, 101A gate terminal, 102 anode electrode, 103 cathode electrode, 105 cathode terminal,
106 insulating ring, 110 wiring board, 110B flexible wiring board, 111, 113 first conductive layer,
112, 114 second conductive layer, 115 insulating layer, 12
0 conductor plate, 121 cathode spacer, 123 female connector, 124, 133, 141, 146, 152
Recesses, 126, 135, 136, 142, 147 Elastic contacts, 131 First connector piece, 132 Second connector piece, 143, 148, 153 Male connector section,
123A, 123B female connector pieces, 143A, 14
3B male connector part, 200 gate driver, 2
03 Cooling fin, 210 Mounting frame.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−201039(JP,A) 特開 平8−330572(JP,A) 特開 昭61−227661(JP,A) 特開 平8−331835(JP,A) 実開 昭55−67685(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 1/06 H02M 1/08 Continuation of front page (56) Reference JP-A-9-201039 (JP, A) JP-A-8-330572 (JP, A) JP-A-61-227661 (JP, A) JP-A-8-331835 (JP , A) Actual development Sho 55-67685 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 1/06 H02M 1/08
Claims (11)
素子、および電流路を介して上記半導体スイッチング素
子の上記ゲート電極とカソード電極との間にターンオフ
電流を供給するゲートドライバを備えた半導体スイッチ
ング装置において、 上記半導体スイッチング素子を周方向に延在するゲート
端子を備えたものとし、上記電流路の反ゲートドライバ
側端部に接触部を形成し、上記ゲート端子および接触部
はそのいずれか一方を雄形、そのいずれか他方を雌形と
する互いに接離可能な一対のコネクタを構成したことを
特徴とする半導体スイッチング装置。1. A semiconductor switching device comprising: a semiconductor switching element having a gate electrode; and a gate driver for supplying a turn-off current between the gate electrode and the cathode electrode of the semiconductor switching element via a current path. The semiconductor switching element is provided with a gate terminal extending in the circumferential direction, a contact portion is formed at an end of the current path on the side opposite to the gate driver, and one of the gate terminal and the contact portion has a male shape, A semiconductor switching device comprising a pair of connectors, each of which has a female shape and which can be contacted and separated from each other.
素子、および電流路を介して上記半導体スイッチング素
子の上記ゲート電極とカソード電極との間にターンオフ
電流を供給するゲートドライバを備えた半導体スイッチ
ング装置において、 上記半導体スイッチング素子を周方向に延在するゲート
端子を備えたものとし、上記電流路をゲート側電流路を
形成する第1の導電層とカソード側電流路を形成する第
2の導電層とを絶縁層を介して積層してなる配線基板と
し、 上記配線基板の上記第1の導電層を露出させた一方の面
に固定され上記ゲート端子を導入可能な凹部を有する雌
形コネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性接
触子を備え、上記ゲート端子を上記雌形コネクタの凹部
に導入し上記弾性接触子で上記ゲート端子を圧接するこ
とにより上記ゲート端子と上記第1の導電層とを電気的
に接続するようにしたことを特徴とする半導体スイッチ
ング装置。2. A semiconductor switching device comprising: a semiconductor switching element having a gate electrode; and a gate driver for supplying a turn-off current between the gate electrode and the cathode electrode of the semiconductor switching element via a current path. The semiconductor switching element is provided with a gate terminal extending in the circumferential direction, and the current path is insulated from a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path. A wiring board formed by stacking layers through layers, a female connector having a concave portion fixed to one surface of the wiring board where the first conductive layer is exposed and having the gate terminal introduced therein; An elastic contactor attached to the gate connector, the gate terminal is introduced into the recess of the female connector, and the gate terminal is pressure-contacted with the elastic contactor. Semiconductor switching device being characterized in that so as to electrically connect the gate terminal and the first conductive layer by Rukoto.
に当接し軸方向に圧接されて固定される導電板、および
配線基板の第2の導電層を露出させた他方の面と上記導
電板との間に介在し上記第2の導電層と上記導電板とを
電気的に接続するカソードスペーサを備えたことを特徴
とする請求項2記載の半導体スイッチング装置。3. A conductive plate which is in contact with a cathode electrode of a semiconductor switching element and fixed by being pressed in the axial direction, and between the other surface of the wiring board where the second conductive layer is exposed and the conductive plate. 3. The semiconductor switching device according to claim 2, further comprising a cathode spacer which is interposed and electrically connects the second conductive layer and the conductive plate.
素子、および電流路を介して上記半導体スイッチング素
子の上記ゲート電極とカソード電極との間にターンオフ
電流を供給するゲートドライバを備えた半導体スイッチ
ング装置において、 上記半導体スイッチング素子を周方向に延在し互いに電
気的に絶縁されて表裏に形成されたゲートドライバ接続
用のゲート端子およびカソード端子を備えたものとし、
上記電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、上記配線基板の上記
第1の導電層を露出させた一方の面に固定された第1の
コネクタ片と上記配線基板の上記第2の導電層を露出さ
せた他方の面に固定された第2のコネクタ片とからな
り、上記両コネクタ片が対面するように形成され上記ゲ
ート端子およびカソード端子を導入可能な凹部を有する
雌形コネクタ、および上記凹部内に取り付けられた弾性
接触子を備え、上記ゲート端子およびカソード端子を上
記雌形コネクタの凹部に導入し上記弾性接触子で上記ゲ
ート端子およびカソード端子を圧接することにより、上
記ゲート端子と上記第1の導電層および上記カソード端
子と上記第2の導電層をそれぞれ電気的に接続するよう
にしたことを特徴とする半導体スイッチング装置。4. A semiconductor switching device comprising a semiconductor switching element having a gate electrode, and a gate driver supplying a turn-off current between the gate electrode and the cathode electrode of the semiconductor switching element via a current path. The semiconductor switching element is provided with a gate terminal and a cathode terminal for circumferentially extending the semiconductor switching element and electrically insulated from each other and formed on the front and back sides for connecting a gate driver.
The current path is a wiring board formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path via an insulating layer, A first connector piece fixed to one surface exposing the first conductive layer and a second connector piece fixed to the other surface exposing the second conductive layer of the wiring board. A female connector having a recess formed so that the both connector pieces face each other and into which the gate terminal and the cathode terminal can be introduced; and an elastic contact mounted in the recess, and the gate terminal and the cathode terminal are provided. The gate terminal and the cathode terminal are pressed into contact with the concave portion of the female connector by the elastic contactor, so that the gate terminal and the first conductive layer and the cathode terminal and the second conductive layer. Semiconductor switching device, wherein a was as to be electrically connected.
子の全周に対向する凹部を有したものとし、かつ互いに
着脱可能な一対の半周分の雌形コネクタ片からなるもの
としたことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに
記載の半導体スイッチング装置。5. The female connector has a concave portion facing the entire circumference of the semiconductor switching element, and is composed of a pair of half-round female connector pieces that are detachable from each other. The semiconductor switching device according to claim 2.
素子、および電流路を介して上記半導体スイッチング素
子の上記ゲート電極とカソード電極との間にターンオフ
電流を供給するゲートドライバを備えた半導体スイッチ
ング装置において、 上記電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、上記半導体スイッチ
ング素子を周方向に延在し上記配線基板を導入可能な凹
部を有するゲート端子を備えたものとし、上記凹部内に
取り付けられた弾性接触子を備え、上記配線基板の第1
の導電層を露出させた部分を雄形コネクタ部とし、上記
ゲート端子の凹部に上記雄形コネクタ部を導入し上記弾
性接触子で上記雄形コネクタ部を圧接することにより上
記ゲート端子と上記第1の導電層とを電気的に接続する
ようにしたことを特徴とする半導体スイッチング装置。6. A semiconductor switching device comprising: a semiconductor switching element having a gate electrode; and a gate driver supplying a turn-off current between the gate electrode and the cathode electrode of the semiconductor switching element via a current path. The current path is a wiring board formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path with an insulating layer interposed therebetween, and the semiconductor switching element is circumferentially arranged. A first terminal of the wiring board, the first terminal of the wiring board having a recessed terminal extending into the recess and having a recess into which the wiring board can be introduced;
The exposed portion of the conductive layer is used as a male connector portion, the male connector portion is introduced into the recess of the gate terminal, and the male connector portion is pressure-contacted with the elastic contactor so that the gate terminal and the first 1. A semiconductor switching device characterized in that it is electrically connected to the first conductive layer.
に当接し軸方向に圧接されて固定される導電板、および
配線基板の第2の導電層を露出させた部分と上記導電板
との間に介在し上記第2の導電層と上記導電板とを電気
的に接続するカソードスペーサを備えたことを特徴とす
る請求項6記載の半導体スイッチング装置。7. A conductive plate, which is in contact with a cathode electrode of a semiconductor switching element and is pressed and fixed in an axial direction, and a second conductive layer of a wiring board, which is interposed between the exposed part and the conductive plate. 7. The semiconductor switching device according to claim 6, further comprising a cathode spacer electrically connecting the second conductive layer and the conductive plate.
素子、および電流路を介して上記半導体スイッチング素
子の上記ゲート電極とカソード電極との間にターンオフ
電流を供給するゲートドライバを備えた半導体スイッチ
ング装置において、 上記電流路をゲート側電流路を形成する第1の導電層と
カソード側電流路を形成する第2の導電層とを絶縁層を
介して積層してなる配線基板とし、上記半導体スイッチ
ング素子を周方向に延在し互いに電気的に絶縁されて表
裏に形成されたゲートドライバ接続用のゲート端子およ
びカソード端子からなり、上記両端子が対面するように
形成され上記配線基板を導入可能な凹部を有するものと
し、上記凹部内に取り付けられた弾性接触子を備え、上
記配線基板の一方の面に上記第1の導電層を露出させ他
方の面に上記第2の導電層を露出させた部分を雄形コネ
クタ部とし、上記半導体スイッチング素子の凹部に上記
雄形コネクタ部を導入し上記弾性接触子で上記雄形コネ
クタ部を圧接することにより、上記ゲート端子と上記第
1の導電層および上記カソード端子と上記第2の導電層
をそれぞれ電気的に接続するようにしたことを特徴とす
る半導体スイッチング装置。8. A semiconductor switching device comprising: a semiconductor switching element having a gate electrode; and a gate driver for supplying a turn-off current between the gate electrode and the cathode electrode of the semiconductor switching element via a current path. The current path is a wiring board formed by laminating a first conductive layer forming a gate side current path and a second conductive layer forming a cathode side current path with an insulating layer interposed therebetween, and the semiconductor switching element is circumferentially arranged. Comprising a gate terminal for connecting a gate driver and a cathode terminal, which are formed on the front and back and electrically insulated from each other, and having a recessed portion formed so that both terminals face each other and into which the wiring board can be introduced. And an elastic contactor mounted in the recess to expose the first conductive layer on one surface of the wiring board. A portion where the second conductive layer is exposed on one side is used as a male connector portion, the male connector portion is introduced into the recess of the semiconductor switching element, and the male connector portion is pressed into contact with the elastic contactor. Thus, the semiconductor switching device is characterized in that the gate terminal and the first conductive layer and the cathode terminal and the second conductive layer are electrically connected to each other.
素子の全周に亘るものとし、かつ互いに着脱可能な一対
の半周分の雄形コネクタ部片からなるものとしたことを
特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の半導体
スイッチング装置。9. The male connector portion extends over the entire circumference of the semiconductor switching element, and comprises a pair of half-round male connector portions that can be attached to and detached from each other. 9. The semiconductor switching device according to any one of 8 to 8.
スイッチング素子からの発熱を放熱する冷却部材とを積
み重ね取付枠内に配置してなることを特徴とする請求項
1ないし9のいずれかに記載の半導体スイッチング装置
を使用した半導体スタック装置。10. The semiconductor switching device according to claim 1, wherein the semiconductor switching device and a cooling member for radiating heat generated by the semiconductor switching device are stacked and arranged in a mounting frame. Semiconductor stack device using the device.
して電力変換を行うゲート制御装置を備えたことを特徴
とする請求項1ないし10のいずれかに記載の半導体ス
イッチング装置を使用した電力変換装置。11. A power conversion device using the semiconductor switching device according to claim 1, further comprising a gate control device that gate-controls a semiconductor switching element to perform power conversion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13226097A JP3376245B2 (en) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | Semiconductor switching device, semiconductor stack device and power conversion device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13226097A JP3376245B2 (en) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | Semiconductor switching device, semiconductor stack device and power conversion device using the same |
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| JP13226097A Expired - Fee Related JP3376245B2 (en) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | Semiconductor switching device, semiconductor stack device and power conversion device using the same |
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-
1997
- 1997-05-22 JP JP13226097A patent/JP3376245B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH10323017A (en) | 1998-12-04 |
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