JP2011108980A - 半導体スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立て後にも静電気破壊を防止することの出来る機構を備えた半導体スイッチング装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の半導体スイッチング素子は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子１及びエミッタ信号端子２と、スイッチング素子からゲート端子１へ配線されたゲート金属パターン（バー）と、スイッチング素子からエミッタ信号端子２へ配線されたエミッタ金属パターン（バー）と、を備える。ゲート金属パターン（バー）とエミッタ金属パターン（バー）がゲート端子１、エミッタ信号端子２以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成される。
【選択図】図３

Description

この発明は、インバータなどのモータの回転速度制御や交流電源などに使用される半導体スイッチング装置や、半導体スイッチとして用いられるスイッチング素子の静電気破壊防止や帯電防止に関する。

一般的にＭＯＳ系デバイス（ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴモジュールなど）は、ゲート・エミッタ間が帯電し静電気破壊を起こすため、アースバンドや静電気破壊防止を実施して取り扱う必要がある。輸送時はゲート・エミッタ間に帯電防止のための導電スポンジなどを取り付けるが、インバータなどの組み立て時は導電スポンジを取り外すため、アースバンドや静電破壊防止を実施した場所でインバータの組み立て作業も行う必要があり、作業性が悪く設備に費用が掛かることが問題となる。

また一般的に、制御ＩＣを搭載のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）も制御端子がモジュール外部に出ているため、誤って手で触ると内部ＩＣが静電気破壊を起こす可能性があり、アースバンドや静電破壊防止を行う必要がある。

いずれの場合も、インバータ組立時はモジュールの端子を制御用端子と接続する必要があるため、完全に静電気対策を行うことは困難である。インバータユニット（制御側のコンデンサなど）にエネルギーが蓄えられた状態で半導体スイッチング装置と接続しようとすると、接点でスパークし破壊してしまうこともある。インバータユニット装置の設置場所では半導体素子の接続対策が困難なため、リスクを犯してモジュール交換を行わなければならない。

この問題に鑑み、特許文献１、２には静電気による絶縁ゲート破壊を防止する技術を開示している。

特開平０８−３２０２２号公報 特開２００３−３３２５２５号公報

特許文献１，２では、静電気による絶縁ゲート破壊を防止するために専用のコネクタが必要であり、専用短絡バー（または、専用短絡電極）が設けられているため、短絡・開放に高価な部品が必要となる。また、専用コネクタを接続した状態でゲート・エミッタ間が開放状態になるため、インバータ装置とＭＯＳ系デバイスを接続する配線が断線するといった問題が生じてその状態で補修する場合や、インバータ装置とＭＯＳ系デバイスを接続したまま駆動回路の部品を付け替える場合などには、いずれもゲート・エミッタ間が開放状態での作業となるため、静電気破壊防止が出来ないという問題点があった。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、組立て時やその後にも静電気破壊を防止することの出来る半導体スイッチング装置の提供を目的とする。

本発明の第１の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、スイッチング素子からゲート端子へ配線されたゲート金属パターンと、スイッチング素子からエミッタ端子へ配線されたエミッタ金属パターンと、を備え、ゲート金属パターンとエミッタ金属パターンがゲート端子、エミッタ端子以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成される。

また、本発明の第２の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、ゲート端子と同一端子部導体上に形成された短絡用ゲート端子と、エミッタ端子と同一端子部導体上に形成された短絡用エミッタ端子と、を備え、短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は外部から短絡可能である。

また、本発明の第３の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部接続用のエミッタ端子及びゲート端子を備え、エミッタ端子とゲート端子は外部接続する部分以外の部分で短絡補助具により装置外部から短絡可能である。

また、本発明の第４の半導体スイッチング装置は、ＩＣを備えた半導体スイッチング装置であって、ＩＣは外部制御用の複数の制御端子と、制御端子の夫々と同一導電体上に形成された複数の短絡用端子を備え、装置外部から複数の短絡用端子を短絡することによって制御端子が短絡される。

本発明の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、スイッチング素子からゲート端子へ配線されたゲート金属パターンと、スイッチング素子からエミッタ端子へ配線されたエミッタ金属パターンと、を備え、ゲート金属パターンとエミッタ金属パターンがゲート端子、エミッタ端子以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成される。これにより、ゲート端子とエミッタ端子をインバータ等と接続した状態でもゲート金属パターンとエミッタ金属パターンを用いてゲート・エミッタ間を短絡することが出来るため、安全に装置の取り外しが可能である。

また、本発明の第２の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、ゲート端子と同一端子部導体上に形成された短絡用ゲート端子と、エミッタ端子と同一端子部導体上に形成された短絡用エミッタ端子と、を備え、短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は外部から短絡可能である。短絡用端子は外部制御接続用の端子とは独立に短絡／開放が可能であるため、例えば運搬時や装置に取り付ける際に短絡用端子を短絡させて静電気対策を実施し、外部制御接続用の端子を接続した後に短絡用端子を開放状態とすることにより、装置取り付けまで容易に静電気対策をすることが出来る。

また、本発明の第３の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部接続用のエミッタ端子及びゲート端子を備え、エミッタ端子とゲート端子は外部接続する部分以外の部分で短絡補助具により装置外部から短絡可能である。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行えるため、組立て時や組立て後にも静電気対策を施せる。

また、本発明の第４の半導体スイッチング装置は、ＩＣを備えた半導体スイッチング装置であって、ＩＣは外部制御用の複数の制御端子と、制御端子の夫々と同一導電体上に形成された複数の短絡用端子を備え、装置外部から複数の短絡用端子を短絡することによって制御端子が短絡される。ＩＣの制御端子は装置の外部で開放状態となっているためＩＣが静電破壊を起こす可能性があるが、制御端子とは別の短絡用端子によって短絡することにより、運搬時や装置取り付けまで短絡することができ、静電気対策が容易である。

実施の形態１の半導体スイッチング装置の内部結線図である。 実施の形態１の半導体スイッチング装置の構造図である。 実施の形態１の半導体スイッチング装置のモジュール外形図と端子を短絡する構造を示す図である。 実施の形態１の半導体スイッチング装置の端子を短絡する構造を示す図である。 実施の形態２の半導体スイッチング装置のモジュール外形図と端子を短絡する構造を示す図である。 実施の形態２の半導体スイッチング装置のモジュール外形図と端子を短絡する構造を示す図である。 実施の形態３の半導体スイッチング装置の内部結線図である。 実施の形態３の半導体スイッチング装置のモジュール外形図と端子を短絡する構造を示す図である。 実施の形態４の半導体スイッチング装置の構造図と、端子を開放する構造を示す図である。

（実施の形態１）
＜構成＞
図１は、本実施の形態の半導体スイッチング装置のＩＧＢＴモジュールの内部結線図である。インバータ回路を制御するＩＧＢＴモジュールでは、ＩＧＢＴチップ６のコレクタ側にコレクタ・メイン端子３が接続され、エミッタ側には外部から制御用に接続される外部制御接続用のエミッタ信号端子２がモジュール内部配線２１により接続され、更にエミッタ・メイン端子４が接続されている。又、ゲート側にはモジュール内部配線１１によって外部制御接続用ゲート端子１が接続されている。

インバータ動作の場合、モータ（インダクタンス）を制御するためフリーホイールモードがあり、ＩＧＢＴチップ６と逆方向並列にフリーホイールダイオード７が接続される。

又、本実施の形態のＩＧＢＴモジュールは、エミッタ信号端子２とは別の外部端子である短絡用エミッタ端子Ｅ１、ゲート端子１とは別の外部端子である短絡用ゲート端子Ｇ１を備えることを特徴とする。短絡用エミッタ端子Ｅ１はエミッタ信号端子２を接続するモジュール内部配線２１より引き出され、短絡用ゲート端子Ｇ１はゲート端子１を接続するモジュール内部配線１１より引き出される。そして、短絡用エミッタ端子Ｅ１と短絡用ゲート端子Ｇ１はモジュールの外部から容易に取り外したり接続（短絡）することが可能な短絡補助具の一例である短絡線５により短絡される。なお、短絡方法の具体例については後で詳述する。

このような短絡用端子Ｇ１，Ｅ１を設けることにより、インバータ回路と接続した後でも容易にゲート・エミッタ間の短絡状態が維持できる。配線の断線があったり駆動回路基板上の部品取替えを行わなければならない場合も、インバータ回路と半導体スイッチング装置を接続した状態で短絡用端子Ｇ１，Ｅ１間を短絡することが出来るため、容易に破壊防止対策を講じることが出来る。

図２は、本実施の形態のスイッチング装置の構造図である。スイッチング装置は、コレクタ金属パターン３１上に接続されたＩＧＢＴチップ６１及びフリーホイールダイオードチップ７１を備えている。コレクタ金属パターン３１は外部のコレクタ・メイン端子３へ接続されている。ＩＧＢＴチップ６１の表面は金属ワイヤで接続され、フリーホイールダイオードチップ７１の表面を経由してエミッタ金属パターン４１に接続される。エミッタ金属パターン４１はエミッタ・メイン端子４へ接続される。また、ＩＧＢＴチップ６１の表面からは別のエミッタ金属パターン２１にも接続されていて、外部の信号制御用のエミッタ信号端子２へ接続される。ＩＧＢＴチップ６１の表面のゲートパッドは金属ワイヤでゲート金属パターン１１に接続され、ゲート金属パターン１１は外部のゲート端子１へ接続される。ゲート金属パターン１１とエミッタ金属パターン２１は、短絡補助具の一例である短絡線５１により短絡される。短絡線５１はモジュールの外部より容易に取り付け可能なものである。

図３は、本実施の形態のスイッチング装置における、１素子入りのモジュール（ＩＧＢＴチップ６を内包した筐体）の外形である。当該モジュールは、モジュールの上部にゲート端子１及びエミッタ信号端子２とモジュール内部でそれぞれ接続された短絡用ゲート端子Ｇ１及び短絡用エミッタ端子Ｅ１を備えており、短絡用ゲート端子Ｇ１と短絡用エミッタ端子Ｅ１は容易に接続できる構造となっている。なお、図３では短絡用ゲート端子Ｇ１と短絡用エミッタ端子Ｅ１をモジュール上部に1箇所設けることとしたが、これらはモジュールの側面などに複数個所設けても同じ効果が得られる。

＜短絡方法＞
次に、短絡用ゲート端子Ｇ１と短絡用エミッタ端子Ｅ１の短絡方法について説明する。モジュールの外部から両端子を短絡できればよく、様々な方法が考えられる。例えば、図３（ｂ）に示すように、金属５１１によってゲート端子１と連結したゲート金属バー１１１と、エミッタ信号端子２と連結したエミッタ金属バー２１１を挟み込んで短絡する。金属５１１はバネ形状であり各金属バー１１１，２１１を挟み込みやすく取り外しやすいように工夫されている。なお、ゲート金属バー１１１、エミッタ金属バー２１１はケース（筐体）に覆われており、金属５１１をケースの外部から挿入するための空間がケースに確保されている。

すなわち、本実施の形態の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子１及びエミッタ（信号）端子２と、スイッチング素子からゲート端子１へ配線されたゲート金属バー１１１（ゲート金属パターン）と、スイッチング素子からエミッタ信号端子２へ配線されたエミッタ金属バー２１１（エミッタ金属パターン）と、を備え、ゲート金属バー１１１と前記エミッタ金属バー２１１がゲート端子１、エミッタ信号端子２以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成される。さらに、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は短絡補助具（例えば金属５１１）により外部から短絡可能に構成される。これにより、ゲート端子１とエミッタ信号端子２
がインバータ等と接続されて組立てられた状態であっても、金属バー１１１，２１１を短絡／開放することにより、ゲート・エミッタ間を短絡／開放することができ、静電破壊対策をすることが出来る。

また、図３（ｃ）に示すように、各金属バー１１１，２１１からケース上部に突き出るピン端子１１２，２１２を形成し、ピン端子１１２，２１２間を金属で短絡しても良い。また、ピン端子１１２，２１２を利用して部品（コンデンサ、チェナーダイオード等）の接続も可能である。

すなわち、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は、装置外部へ露出するピン端子１１２，２１２をそれぞれ備える。このような構成によっても、ピン端子１１２，２１２間をモジュール外部から容易に短絡することができ、ゲート・エミッタ間の短絡／開放が可能である。

あるいは、図３（ｄ）に示すように、各金属バー１１１，２１１に溝１１３，２１３を形成し、半導体スイッチング装置のケースに短絡ケース５１３を溝１１３，２１３に挿入できるような穴を設ける。短絡ケース５１３は下部に金属部５１３ａを備えており、短絡ケース５１３を溝１１３，２１３に挿入することにより金属部５１３ａと金属バー１１１，２１１が繋がって短絡される。なお、短絡ケース５１３の金属部５１３ａ以外の部分は絶縁物で構成されており、短絡ケース５１３を逆方向から挿入すれば金属バー１１１，２１１は開放され、装置のケースに設けられた穴に蓋をする構成となる。

すなわち、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は溝加工されており、短絡ケース５１３（短絡補助具）が溝１１３，２１３に挿入されることにより、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー１１１は短絡される。短絡ケース５１３を挿入することにより、容易にゲート・エミッタ間の短絡が可能であると共に、金属バー１１１，２１１の短絡部分が装置外部に露出しないため、汚れやゴミの付着を防ぐことが出来る。

また、図３（ｅ）に示すように、ゲート端子１と連結したゲート金属パターン１１４とエミッタ信号端子２と連結したエミッタ金属パターン２１４の上を短絡ケース５１４がスライドすることにより、両者を短絡する構成としても良い。短絡ケース５１４の下面、すなわち金属パターン１１４，２１４に接触する面は金属箔などで覆われており導電性を有する。そして、短絡ケース５１４は装置外部から金属パターン１１４，２１４を横切ってスライドさせることができ、短絡ケース５１４が金属パターン１１４，２１４の両方に跨ったときに金属パターン１１４，２１４は短絡され、それ以外の位置では開放される。

すなわち、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は所定間隔で平行に配置され、前記金属パターンを横切って短絡ケース５１４（短絡補助具）がスライドすることにより、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は短絡される構成となっている。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を容易に行う事が出来る。

あるいは、図３（ｆ）に示すように、ゲート金属パターン１１４上にゲート金属円筒１１５を形成し、エミッタ金属パターン２１４上にエミッタ金属円筒２１５を形成しても良い。金属円筒１１５，２１５は装置外部に突き出しており、金属５１５を金属円筒１１５，２１５に抜きさしすることによって短絡／開放の切り替えが可能である。

すなわち、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は、装置外部へ露出する金属の円筒端子（金属円筒）１１５，２１５をそれぞれ備える。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を容易に行う事が出来る。

また、ゲート端子１と連結したゲート金属配線１１６及びエミッタ信号端子２と連結したエミッタ金属配線２１６と平行に、両配線１１６，２１６の突起部で挟まれた導体の短絡ケース５１６をスライドすることで小型化が実現できる。短絡ケース５１６は装置外部から操作することが出来るように構成される。図４（ａ）において左図は短絡状態を示し、右図は開放状態を示している。

すなわち、ゲート金属配線１１６（ゲート金属パターン）とエミッタ金属配線２１６（エミッタ金属パターン）は所定間隔で平行に配置され、その間を短絡ケース５１６（短絡補助具）が金属配線１１６，２１６の向きと平行にスライドすることにより、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６は短絡される構成とする。これにより、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を外部から容易に行う事ができ、更に省スペースである。

あるいは、短絡ケース５１７をゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６の間に配置し、これを回転させることにより、その向きに応じて金属配線１１６，２１６の短絡／開放を切り替えても良い。図４（ｂ）において左図は短絡状態を示し、右図は開放状態を示している。短絡ケース５１７は絶縁体の領域と図中ハッチングを施した導電体の領域からなり、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６が短絡ケース５１７の導電体の領域で繋がったときに短絡される。

すなわち、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６との間に両者に接触して配置された短絡ケース５１７（短絡補助具）が回転することにより、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６の短絡、開放が切り替わる構成とする。これにより、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を外部から容易に行う事ができ、更に省スペースである。

＜効果＞
本実施の形態の半導体スイッチング装置によれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子１及びエミッタ（信号）端子２と、スイッチング素子からゲート端子１へ配線されたゲート金属バー１１１（ゲート金属パターン）と、スイッチング素子からエミッタ信号端子２へ配線されたエミッタ金属バー２１１（エミッタ金属パターン）と、を備え、ゲート金属バー１１１と前記エミッタ金属バー２１１がゲート端子１、エミッタ信号端子２以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成される。これにより、ゲート端子１とエミッタ信号端子２がインバータ等と接続されて組立てられた状態であっても、金属バー１１１，２１１を短絡／開放することにより、ゲート・エミッタ間を短絡／開放することができ、静電破壊対策をすることが出来る。

さらに、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は短絡補助具（例えば金属５１１）により外部から短絡可能に構成される。これにより、短絡補助具を用いて外部からゲート・エミッタ間の短絡／開放が容易に可能である。

あるいは、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は、装置外部へ露出するピン端子１１２，２１２をそれぞれ備える。このような構成によっても、ピン端子１１２，２１２間をモジュール外部から容易に短絡することができ、ゲート・エミッタ間の短絡／開放が可能である。

あるいは、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー２１１は溝加工されており、短絡ケース５１３（短絡補助具）が溝１１３，２１３に挿入されることにより、ゲート金属バー１１１とエミッタ金属バー１１１は短絡される。短絡ケース５１３を挿入することにより、容易にゲート・エミッタ間の短絡が可能であると共に、金属バー１１１，２１１の短絡部分が装置外部に露出しないため、汚れやゴミの付着を防ぐことが出来る。

あるいは、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は所定間隔で平行に配置され、前記金属パターンを横切って短絡ケース５１４（短絡補助具）がスライドすることにより、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は短絡される構成となっている。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を容易に行う事が出来る。

あるいは、ゲート金属パターン１１４とエミッタ金属パターン２１４は、装置外部へ露出する金属の円筒端子１１５，２１５をそれぞれ備える。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を容易に行う事が出来る。

あるいは、ゲート金属配線１１６（ゲート金属パターン）とエミッタ金属配線２１６（エミッタ金属パターン）は所定間隔で平行に配置され、その間を短絡ケース５１６（短絡補助具）が金属配線１１６，２１６の向きと平行にスライドすることにより、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６は短絡される構成とする。これにより、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を外部から容易に行う事ができ、更に省スペースである。

あるいは、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６との間に両者に接触して配置された短絡ケース５１７（短絡補助具）が回転することにより、ゲート金属配線１１６とエミッタ金属配線２１６の短絡、開放が切り替わる構成とする。これにより、ゲート・エミッタ間の短絡／開放を外部から容易に行う事ができ、更に省スペースである。

（実施の形態２）
＜構成＞
実施の形態１では、ゲート端子１とエミッタ信号端子２とは別に、短絡用のゲート端子Ｇ１及びエミッタ端子Ｅ１を設けていた。これに対し、本実施の形態では、図５（ａ）に示すモジュールのゲート端子１、エミッタ信号端子２の本来的な機能を果たす部分（端子導体部分）を工夫することにより、インバータ等との取り付け部分とは別に短絡用の部分を設けることとした。短絡用の箇所は複数設けても良い。

図５（ｂ）〜図５（ｆ）は、図５（ａ）の点線部Ｂを上部から見た拡大図である。例えば、図５（ｂ）に示すゲート端子１０１やエミッタ信号端子２０１の長さを長くし、外部制御接続用のゲート端子１０１とは別に、短絡金属導体５１８をネジで取り付けるための穴を開けた構造とし、当該部分を短絡用ゲート端子とする。エミッタ信号端子２０１にも同様にして、短絡用エミッタ端子を形成する。

すなわち、本実施の形態の半導体スイッチング装置は、外部制御接続用のゲート端子１０１と、ゲート端子１０１と同一端子部導体上に形成された短絡用ゲート端子と、外部制御接続用のエミッタ（信号）端子２０１と、エミッタ信号端子２０１と同一端子部導体上に形成された短絡用エミッタ端子と、を備え、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は外部から短絡可能である。短絡用端子は外部制御接続用の端子とは独立に短絡／開放が可能であるため、例えば運搬時や装置に取り付ける際に短絡用端子を短絡させて静電気対策を実施し、外部制御接続用の端子１０１，２０１を接続した後に短絡用端子を開放状態とすることにより、装置取り付けまで容易に静電気対策をすることが出来る。

あるいは、図５（ｃ）に示すように、金属導体ネジ５１９を長さを長くしたゲート端子１０１とエミッタ信号端子２０１の間に取り付けることにより、金属導体ネジ５１９のヘッドが両端子１０１，２０１に跨り、短絡することが出来る。ゲート端子１０１とエミッタ信号端子２０１の間に位置するようにモジュールケースに穴５２１をあけ、当該穴５２１から金属導体ネジ５１９をねじ込んでも良い（図５（ｄ））。

すなわち、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は、スイッチング素子が内包されたモジュールケース（筐体）に設けられた穴５２１から金属導体ネジ５１９を短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に接するようにねじ込むことにより短絡される。金属導体ネジ５１９をねじ込むだけで容易に短絡状態に出来るため、静電気対策が容易である。

又、図５（ｅ）に示すように、ゲート端子１０１とエミッタ信号端子２０１の形状を、その間に金属導体ネジ５１９がねじ込めるように溝加工しても良い。

すなわち、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は装置外部に露出しており、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子の両者に架かるように設けられたねじ穴に金属導体ネジ５１９がねじ込まれることにより、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。金属導体ネジ５１９が短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に直接ねじ込まれるため、短絡状態が確実に実現する。

あるいは、図５（ｆ）に示すように、長さを長くしたゲート端子１０１とエミッタ信号端子２０１に切り込みを入れて、当該切り込みに金属ワイヤ等を巻きつける構造にするか、両端子１０１，２０１を貫通する穴を開けて、当該穴に金属ピン５２０等を差し込むことにより、両端子１０１，２０１を短絡させても良い。また、導電テープを貼ることによって短絡させても良い。

すなわち、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に金属棒が貫通することにより、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。あるいは、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は溝加工が施され、溝に金属ワイヤを巻きつけて短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行える。

なお、図６（ａ）のような２素子入りのモジュールや、その他複数個の素子を1モジュールとした構造においても上記の技術は適用可能である。図６（ｂ）〜図６（ｅ）は図６（ａ）の点線部Ｃの拡大図であるが、例えば図６（ｂ）に示すように、ゲート金属バー（ゲート端子）１０２とエミッタ金属バー（エミッタ信号端子）２０２のそれぞれにおいて、インバータ等と取り付ける部分と短絡用の部分とをモジュールの上部に露出する構成とする。又、金属ワイヤや金属ピンなどにより短絡させる場合は、図６（ｃ）に示すように短絡用の部分を小さくすることが出来る。又、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、ゲート端子１０２とエミッタ信号端子２０２をモジュールの外部からネジで短絡可能な構成とすることも可能である。なお、短絡するものはネジに限らず、導体であれば良い。

すなわち、本実施の形態の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部接続用のゲート端子１０２及びエミッタ信号端子２０２を備え、ゲート端子１０２とエミッタ信号端子２０２は外部接続する部分以外の部分で金属ネジや金属棒（短絡補助具）により装置外部から短絡可能である。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行える。

＜効果＞
本実施の形態の半導体スイッチング装置によれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は、スイッチング素子が内包されたモジュールケース（筐体）に設けられた穴５２１から金属導体ネジ５１９を短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に接するようにねじ込むことにより短絡される。金属導体ネジ５１９をねじ込むだけで容易に短絡状態に出来るため、静電気対策が容易である。

あるいは、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は装置外部に露出しており、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子の両者に架かるように設けられたねじ穴に金属導体ネジ５１９がねじ込まれることにより、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。金属導体ネジ５１９が短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に直接ねじ込まれるため、短絡状態が確実に実現する。

また、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子に金属棒５２０が貫通することにより、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行える。

あるいは、短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は溝加工が施され、溝に金属ワイヤを巻きつけて短絡用エミッタ端子と短絡用ゲート端子は短絡される。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行える。

あるいは、本実施の形態の半導体スイッチング装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の外部接続用のゲート端子１０２及びエミッタ信号端子２０２を備え、ゲート端子１０２とエミッタ信号端子２０２は外部接続する部分以外の部分で金属ネジや金属棒（短絡補助具）により装置外部から短絡可能である。このような構成によっても、ゲート・エミッタ間の短絡が装置外部から容易に行える。

（実施の形態３）
＜構成＞
図７は、実施の形態３の半導体スイッチング装置の内部結線図である。実施の形態３の半導体スイッチング装置はＩＣ９を備えており、ＩＣ９の外部制御端子８１〜８４はモジュールの外部に出力されるため、静電気などの高電圧が外部制御端子８１〜８４に印加されるとＩＣ９が静電気破壊を起こす可能性がある。この対策のため本実施の形態の半導体スイッチング装置には、ＩＣ９の制御端子とは別に短絡用端子８１１．８２１，８３１，８４１を設け、短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１をモジュールの外部から短絡線５で短絡する。

図８（ａ）に、実施の形態３の半導体スイッチング装置のモジュール（ＩＰＭ）外形図を示す。ＩＣ９の外部制御端子８１，８２，８３，８４が、その両端のガイドピン８５，８６と共にモジュールの上部から露出している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の制御端子周辺部Ｄを上から見た図である。ＩＣ９の外部制御端子８１，８２，８３，８４が形成された各パターンが延長され、その先に凸型の短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１が形成される。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に表したものを立体的に示した斜視図である。凸型の短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１はモジュール外部に突き出すため、これらをモジュール外部から短絡することによって、外部制御端子８１，８２，８３，８４が短絡される。

すなわち、本実施の形態のＩＣを備えた半導体スイッチング装置において、ＩＣは外部制御用の複数の制御端子８１，８２，８３，８４と、制御端子の夫々と同一導電体上に形成された複数の凸型形状の短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１を備え、装置外部から複数の短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１を短絡することによって制御端子８１，８２，８３，８４が短絡される。ＩＣの制御端子８１，８２，８３，８４は装置の外部で開放状態となっているためＩＣが静電破壊を起こす可能性があるが、制御端子８１，８２，８３，８４とは別の短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１によって短絡することにより、運搬時や装置取り付けまで短絡することができ、静電気対策が容易である。

なお、図８（ｄ）に示すように、凹型形状の短絡用端子８１２，８２２，８３２，８４２とすれば、凸型形状の短絡物５５によってモジュール外部からの短絡／開放が容易である。

また、外部制御端子そのものを直接に短絡する構成も考えられる。例えば、図８（ｅ）に示すように、外部制御端子の数に対応した導電体が設けられた短絡物５６や、櫛形の短絡物５７等によれば、容易に外部制御端子を短絡／開放状態にすることが可能である。

＜効果＞
本実施の形態の半導体スイッチング装置によれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態のＩＣを備えた半導体スイッチング装置において、ＩＣは外部制御用の複数の制御端子と、制御端子の夫々と同一導電体上に形成された複数の短絡用端子を備え、装置外部から複数の短絡用端子を短絡することによって制御端子が短絡される。ＩＣの制御端子は装置の外部で開放状態となっているためＩＣが静電破壊を起こす可能性があるが、制御端子とは別の短絡用端子によって短絡することにより、運搬時や装置取り付けまで短絡することができ、静電気対策が容易である。

また、短絡用端子８１１，８２１，８３１，８４１は、凸型形状とする。このような構成によっても、容易に静電気対策が可能である。

あるいは、短絡用端子８１２，８２２，８３２，８４２は、凹型形状である。これにより、凸型形状の短絡物５５によってモジュール外部からの短絡／開放が容易である。

（実施の形態４）
＜構成＞
実施の形態１〜３の半導体スイッチング装置では、開放状態にあるゲート・エミッタ間あるいはＩＣの外部制御端子を短絡状態にしたが、本実施の形態の半導体スイッチング装置では、短絡物により短絡された半導体スイッチング装置を装置の外部から開放状態にすることが可能である。

図９（ａ）は、本実施の形態の半導体スイッチング装置の構造図であり、実施の形態１で示した半導体スイッチング装置の構造図と同様である。但し、短絡線５１はゲート金属パターン１１とエミッタ金属パターン２１を短絡しているが、モジュールの外部から開放補助具により容易にこれを取り外してゲート・エミッタ間を開放状態にできるものである。

図９（ｂ）は、図９（ａ）の短絡物５１周辺部Ｅの構成を具体的に示したものである。初期状態でゲート端子配線１１７とエミッタ端子配線２１７は接触して短絡状態にあるが、モジュール外部から絶縁ネジ５０１（開放補助具）をねじ込むことにより、短絡していたゲート端子配線１１７とエミッタ端子配線２１７が離れて開放状態になる。絶縁ネジ５０１を抜けば、再びゲート端子配線１１７８とエミッタ端子配線２１７が接触して短絡状態に戻る。このように、半導体動作を行う時にのみ絶縁ネジ５０１をねじ込んでゲート・エミッタ間を開放し、それ以外は短絡した状態を保つことにより、静電気対策が容易に可能である。なお、ここで用いるものは絶縁ネジ５０１でなくとも絶縁物であれば良い。

＜効果＞
本実施の形態の半導体スイッチング装置によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の半導体スイッチング装置では、ゲート端子配線１１７（ゲート金属パターン）とエミッタ端子配線２１７（エミッタ金属パターン）を絶縁ネジ５０１（開放補助具）により装置外部から開放状態にすることが可能である。半導体動作を行う時にのみ絶縁ネジ５０１をねじ込んでゲート・エミッタ間を開放し、それ以外は短絡した状態を保つことにより、静電気対策が容易に可能である。

１，１０１，１０２ ゲート端子、２，２０１，２０２ エミッタ信号端子、３ コレクタ・メイン端子、４ エミッタ・メイン端子、５，５１ 短絡線、６，６１ ＩＧＢＴチップ、７，７１ フリーホイールダイオード、９ ＩＣ、１１ ゲート金属配線、２１ エミッタ金属配線、３１ コレクタ金属配線、４１ エミッタ金属配線、５６，５７ 短絡物、８１，８２，８３，８４ 外部制御端子、８５，８６ ガイドピン、１１１ ゲート金属バー、１１２，２１２ ピン端子、１１３，２１３ 溝、１１４ ゲート金属パターン、１１５，２１５ 金属円柱、１１６，１１７ ゲート金属配線、２１１ エミッタ金属バー、２１４ エミッタ金属パターン、２１６，２１７ エミッタ金属配線、５０１ 絶縁ネジ、５１１，５１５ 金属、５１６，５１７ ケース、５１８ 金属、５１９ ネジ、５２０ ピン、５２１，５２２ 穴、８１１，８１２，８２１，８２２，８３１，８３２，８４１，８４２ 短絡端子。

Claims (18)

1. スイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、
   前記スイッチング素子から前記ゲート端子へ配線されたゲート金属パターンと、
   前記スイッチング素子から前記エミッタ端子へ配線されたエミッタ金属パターンと、を備え、
   前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンが前記ゲート端子、前記エミッタ端子以外の位置で外部から短絡／開放自在に構成されることを特徴とする、半導体スイッチング装置。
2. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは短絡補助具により外部から短絡可能に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体スイッチング装置。
3. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは、装置外部へ露出するピン端子をそれぞれ備えることを特徴とする、請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
4. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは溝加工されており、短絡補助具が前記溝に挿入されることにより、前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは短絡されることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
5. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは所定間隔で平行に配置され、前記金属パターンを横切って短絡補助具がスライドすることにより、前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは短絡されることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
6. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは、装置外部へ露出する金属の円筒端子をそれぞれ備えることを特徴とする、請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
7. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは所定間隔で平行に配置され、その間を短絡補助具が前記金属パターンの向きと平行にスライドすることにより、前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンは短絡されることを特徴とする、請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
8. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンとの間に両者に接触して配置された短絡補助具が回転することにより前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンの短絡、開放が切り替わることを特徴とする、請求項２に記載の半導体スイッチング装置。
9. スイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の外部制御接続用のゲート端子及びエミッタ端子と、
   前記ゲート端子と同一端子部導体上に形成された短絡用ゲート端子と、
   前記エミッタ端子と同一端子部導体上に形成された短絡用エミッタ端子と、を備え、
   前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は外部から短絡可能であることを特徴とする、半導体スイッチング装置。
10. 前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は、前記スイッチング素子が内包された筐体に設けられた穴から金属ネジを前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子に接するようにねじ込むことにより、短絡されることを特徴とする、請求項９に記載の半導体スイッチング装置。
11. 前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は装置外部に露出しており、
    前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子の両者に架かるように設けられたねじ穴に金属ネジがねじ込まれることにより、前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は短絡されることを特徴とする、請求項９に記載の半導体スイッチング装置。
12. 前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子に金属棒が貫通することにより、前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は短絡されることを特徴とする、請求項９に記載の半導体スイッチング装置。
13. 前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は溝加工が施され、前記溝に金属ワイヤを巻きつけて前記短絡用エミッタ端子と前記短絡用ゲート端子は短絡されることを特徴とする、請求項９に記載の半導体スイッチング装置。
14. スイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の外部接続用のエミッタ端子及びゲート端子を備え、
    前記エミッタ端子と前記ゲート端子は外部接続する部分以外の部分で短絡補助具により装置外部から短絡可能であることを特徴とする、半導体スイッチング装置。
15. ＩＣを備えた半導体スイッチング装置であって、
    前記ＩＣは外部制御用の複数の制御端子と、
    前記制御端子の夫々と同一導電体上に形成された複数の短絡用端子を備え、
    装置外部から前記複数の短絡用端子を短絡することによって前記制御端子が短絡されることを特徴とする、半導体スイッチング装置。
16. 前記短絡用端子は、凸型形状であることを特徴とする、請求項１５に記載の半導体スイッチング装置。
17. 前記短絡用端子は、凹型形状であることを特徴とする、請求項１５に記載の半導体スイッチング装置。
18. 前記ゲート金属パターンと前記エミッタ金属パターンを開放補助具により装置外部から開放状態にすることが可能な、請求項１に記載の半導体スイッチング装置。

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