JP2655575B2 - サージ防護素子 - Google Patents
サージ防護素子Info
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Description
された雷等の高圧サージから通信端末あるいは保守作業
者を保護するサージ防護素子に関する。
R)を利用したサージ防護素子は、降伏電圧(ブレーク
オーバ電圧)以上の異常電圧が印加されたときに、素子
内に低インピーダンス電流通路を形成して順方向阻止状
態から導通状態に変えるSCR動作により、異常電圧に
伴う大電流を吸収して素子の両端電圧を一定電圧値以下
にクランプし、電気回路系を保護する素子である。
対して同等の防護機能を果たすために、2つのサイリス
タを同一基板内で逆並列接続した構造をもつ。すなわ
ち、図5の等価回路に示すように、浮遊ベース層を共有
した2つのサイリスタ51,52を逆並列接続して構成
される。
断面図である。なお、ここでは第1の導電性を示す領域
をp型とし、第2の導電性を示す領域をn型とする。図
において、p型の半導体基板1の両面に、n型の拡散層
領域2を形成する。このn型の拡散層領域2内に、p型
の拡散層領域3と、必要があればオーミック接合形成の
ために拡散層領域2の拡散表面濃度より高い濃度のn型
の拡散層領域4を形成する。また、それらの表面にシリ
コン酸化膜などの保護膜6を酸化法あるいは堆積法その
他の手法により形成し、n型の拡散層領域2,p型の拡
散層領域3,n型の拡散層領域4の位置に窓開けを施
し、その窓全面に電極7を形成する。
面に対称形に形成され、2つのサイリスタを逆並列接続
した状態が作られる。図6では、上面および下面にそれ
ぞれ形成される各部の符号にa,bを付して区別する。
すなわち、p型の拡散層領域3a−n型の拡散層領域2
a−p型の半導体基板1−n型の拡散層領域2b−n型
の拡散層領域4bによりpnpn構造の順方向サイリス
タ8が構成され、p型の拡散層領域3b−n型の拡散層
領域2b−p型の半導体基板1−n型の拡散層領域2a
−n型の拡散層領域4aによりpnpn構造の逆方向サ
イリスタ9が構成される。
明する。上面の電極7aに正電圧が印加されている場合
には、n型の拡散層領域2aとp型の半導体基板1とに
よるpn接合は逆バイアスとなり、印加電圧が接合降伏
電圧を越えるまでは電流は流れず、通常は高インピーダ
ンス状態にある。しかし、接合降伏電圧を越えるサージ
が入ると、このpn接合の降伏によってp型の半導体基
板1に電荷が注入される。さて、順方向サイリスタ8に
おいて、p型の半導体基板1はサイリスタのベース層を
構成するので、ここへの電荷注入によりこのサイリスタ
がオンとなる。すなわち、サージ電圧の印加によってサ
イリスタがオンとなり、低インピーダンスとなってサー
ジ電流を通過させる。このサージによる異常電流通過後
の定常状態では、ベース層を構成するp型の半導体基板
1内の電荷再結合による電荷消滅のために、サイリスタ
はオン状態を維持できず、オフ状態に自動復帰する(例
えば、特願昭63−137310号)。
正電圧サージが印加された場合も同様に逆方向サイリス
タ9が動作する。図7は、サイリスタの電圧−電流特性
を示す図である。
流である。Vb0はブレークオーバ電圧、IH は保持電
流、VT は雷サージ電流IF におけるオン電圧である。
なお、Vb0′、IH′、VT′、IF′ はそれぞれ逆方向
における値である。
におけるエネルギー損失Eは、
防護素子における発熱量Qに等しい。
短時間のパルスであるために、雷サージ印加時における
素子内部の発熱が瞬時であるのに対して、その熱が外部
へ伝導する熱時定数は大きい。したがって、図6に示す
電極7aに例えば正の雷サージが印加された場合には、
順方向サイリスタ8が発熱し、逆方向サイリスタ9がそ
のヒートシンクとして機能するが、素子全体が均一な温
度になるには熱時定数に応じた時間がかかり、一時的に
その内部における温度勾配が大きくなる。
合におけるサージ防護素子内部の温度分布の時間変化を
示す図である。図において、横軸は図6に示すサージ防
護素子のx軸方向の位置を示し、縦軸は各位置における
温度を示す。時刻t1 から時刻t4 に時間がたつにつれ
て温度勾配が緩やかになるのがわかるが、一時的には順
方向サイリスタ8とその周りとはかなりの温度差がある
ことがわかる。
よる機械的歪の発生は避けがたく、サージ電流の大きさ
によっては素子の破壊を招くことがあった。すなわち、
素子の破壊はその内部における発熱温度(ピーク温度)
に依存しているが、従来構造ではそれ自体を低減するこ
とができないためにサージ電流耐量が小さくなってい
た。
い信頼性を得ることができるサージ防護素子を提供する
ことを目的とする。
板の両面に第2の導電性を有する拡散層領域を形成し、
両面の第2の導電性を有する各拡散層領域内にそれぞれ
第1の導電性を有する拡散層領域を面交互に複数個形成
し、さらに両面の第2の導電性を有する各拡散層領域内
にその表面濃度より高い表面濃度を有する第2の導電性
の各拡散層領域を前記第1の導電性を有する拡散層領域
の間に面交互に複数個形成し、両面の第2の導電性を有
する拡散層領域および第1の導電性を有する複数個の拡
散層領域に電極を接続して構成したことを特徴とする。
スタの組み合わせによりサージ防護素子が構成されてい
たために、発熱部分がその一方のサイリスタに集中して
いた。
スタをそれぞれ並列に複数個形成することにより、素子
内部における発熱部分を分散させることができる。した
がって、雷サージ印加時における素子内部のピーク温度
を低減することができるとともに、温度分布を素早く均
一化させることが可能となる。
例構造を示す断面図である。図において、従来のサージ
防護素子(図6)の各部と同一機能を有するものは同一
符号を付して説明に代える。本実施例の特徴とするとこ
ろは、同一の電極7a,7bに接続される順方向サイリ
スタおよび逆方向サイリスタを交互に複数個並べた構成
にある。すなわち、p型の拡散層領域3a−n型の拡散
層領域2a−p型の半導体基板1−n型の拡散層領域2
bにより構成されるpnpn構造の順方向サイリスタ1
1,12,13と、p型の拡散層領域3b−n型の拡散
層領域2b−p型の半導体基板1−n型の拡散層領域2
aにより構成されるpnpn構造の逆方向サイリスタ1
4,15,16とが交互に配置され、かつ各方向のサイ
リスタの領域に他方向のサイリスタのp型の拡散層領域
3a,3bが含まれない構成である。
11,12,13および逆方向サイリスタ14,15,
16は、それぞれが1つの順方向サイリスタおよび逆方
向サイリスタとして機能する。しかし、それらが交互に
分散されて配置されているために、例えば電極7aに正
の雷サージが印加された場合には複数の順方向サイリス
タ11,12,13が発熱し、発熱源を分散させること
ができる。
内部の温度分布の時間変化を示す図である。図におい
て、横軸は図1に示すサージ防護素子のx軸方向の位置
を示し、縦軸は各位置における温度を示す。細分化され
た複数の順方向サイリスタ11,12,13が分散して
発熱するために、1つの順方向サイリスタ当たりの発熱
量(ピーク温度)を小さくすることができる。また、隣
接する逆方向サイリスタ14,15,16はヒートシン
クとして吸熱するが、それらも細分化されているために
熱伝導距離が短く、素早く素子全体の温度を均一にする
ことができる。
生する温度勾配が緩やかになり、熱膨張差により発生す
る機械的歪を小さくすることができる。また、ピーク温
度も低くなるので、サージ防護素子の信頼性およびサー
ジ電流耐量を向上させることができる。
施例構造を示す断面図である。図において、従来のサー
ジ防護素子(図6)の各部と同一機能を有するものは同
一符号を付して説明に代える。本実施例の特徴とすると
ころは、第一実施例の構成において、交互に配置される
順方向サイリスタ11,12,13と逆方向サイリスタ
14,15,16の各領域に他方向のサイリスタのp型
の拡散層領域3a,3bが含まれる構成にある。すなわ
ち、双方に斜線で示す重ね合わせ領域21が形成され
る。
層領域を形成するために両面露光が必要となっている
が、順方向サイリスタおよび逆方向サイリスタの細分化
に応じて高い位置合わせ精度が要求される。しかし、そ
の位置合わせがずれ、図3に示すような重ね合わせ領域
21が形成されても、電流集中がやや生じやすくなる
が、電流経路22で示すように重ね合わせ領域21(p
型の拡散層領域3b)を避けて電流が流れるので第一実
施例と同様の効果を得ることができる。
施例構造を示す断面図である。図において、従来のサー
ジ防護素子(図6)の各部と同一機能を有するものは同
一符号を付して説明に代える。本実施例の特徴とすると
ころは、同一の電極7a,7bに接続される順方向サイ
リスタおよび逆方向サイリスタを交互に複数個並べた構
成にある。ただし、順方向サイリスタ31,32,33
は、p型の拡散層領域3a−n型の拡散層領域2a−p
型の半導体基板1−n型の拡散層領域2b−n型の拡散
層領域4bにより構成され、逆方向サイリスタ34,3
5,36は、p型の拡散層領域3b−n型の拡散層領域
2b−p型の半導体基板1−n型の拡散層領域2a−n
型の拡散層領域4aにより構成される。
領域にオーミック接合形成のためにn型の拡散層領域4
a,4bが配置されるので、半導体部分と電極との接触
電位差を小さくすることができる。その他の動作は第一
実施例と同様であり、発熱源の分散による素子内部のピ
ーク温度を低減することができるとともに、温度分布を
素早く均一化させることが可能となる。
の拡散層領域4a,4bがそれぞれ電極7a,7bを介
して短絡しているために、各拡散層領域が接してもある
いは接しなくても同様に機能する。また、第二実施例と
同様に多少の位置ずれはサージ防護素子としての機能に
は影響がない。
護素子は、素子内部のピーク温度を低減し、かつ短時間
で素子内部の温度を均一にすることができるので、熱膨
張差によって生じる機械的歪を最小限に抑え、素子の破
壊を防ぐことができる。また、オーミック接合形成のた
めの拡散層領域が配置されるので、半導体部分と電極と
の接触電位差を小さくすることができる。したがって、
時間幅が短くかつ高電圧のパルスが印加される雷サージ
や静電気の防護素子として、またスイッチングノイズそ
の他の吸収素子としての信頼性を高めることができる。
す断面図である。
布の時間変化を示す図である。
す断面図である。
す断面図である。
る。
る。
ージ防護素子内部の温度分布の時間変化を示す図であ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1の導電性を有する半導体基板の両面
に第2の導電性を有する拡散層領域を形成し、両面の第
2の導電性を有する各拡散層領域内にそれぞれ第1の導
電性を有する拡散層領域を面交互に複数個形成し、さら
に両面の第2の導電性を有する各拡散層領域内にその表
面濃度より高い表面濃度を有する第2の導電性の各拡散
層領域を前記第1の導電性を有する拡散層領域の間に面
交互に複数個形成し、両面の第2の導電性を有する拡散
層領域および第1の導電性を有する複数個の拡散層領域
に電極を接続して構成したことを特徴とするサージ防護
素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3189038A JP2655575B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | サージ防護素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3189038A JP2655575B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | サージ防護素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0574321A JPH0574321A (ja) | 1993-03-26 |
JP2655575B2 true JP2655575B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=16234257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3189038A Expired - Lifetime JP2655575B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | サージ防護素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2655575B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002368209A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-20 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
JP2003017681A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
JP2003077932A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5084084B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2012-11-28 | 新電元工業株式会社 | 双方向型二端子サイリスタ |
CN104900645B (zh) * | 2015-05-28 | 2019-01-11 | 北京燕东微电子有限公司 | 电压浪涌保护器件及其制造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5562768A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-12 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JPH0666464B2 (ja) * | 1987-12-25 | 1994-08-24 | 富士電機株式会社 | 双方向性半導体スイッチング素子 |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP3189038A patent/JP2655575B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002368209A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-20 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
JP2003017681A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
JP2003077932A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 双方向型二端子サイリスタ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0574321A (ja) | 1993-03-26 |
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