JP3124513B2 - 電力半導体スイッチ装置 - Google Patents
電力半導体スイッチ装置Info
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Description
・オフ制御を行うゲートターンオフ形の電力半導体スイ
ッチ装置の改良に関するものである。
してゲートターンオフサイリスタや静電誘導形トランジ
スタ素子など(以下、GTO等という)がある。図10
は、これらGTO等の従来の電力半導体スイッチ装置の
回路構成図である。図において、1はアノード電極Aと
カソード電極Kとゲート電極(制御電極)Gとを備えた
GTO等の素子、20は逆バイアス駆動回路、2はGT
O等の素子1のゲート電極Gとカソード電極Kとの間を
逆バイアスする逆バイアス用の電気エネルギを蓄電する
キャパシタなどの蓄電手段、3は導通状態に制御される
ことにより、前記蓄電手段2に蓄電されている電気エネ
ルギをカソード電極Kとゲート電極Gとの間に逆方向に
印加してGTO等の素子1をオフ状態に移行させる逆バ
イアススイッチである。
イアス信号端子、Soffは逆バイアス信号が供給され
る逆バイアス信号端子、Vsは逆バイアス電源端子、B
は逆バイアス電源、COMはカソード電位の共通端子を
それぞれ示す。
について説明する。蓄電手段2には、逆バイアス電源B
からゲート電極Gとカソード電極Kとの間を逆バイアス
する逆バイアス用の電気エネルギが蓄電される。この電
気エネルギは、逆バイアススイッチ3が非導通状態に制
御されている場合には、GTO等の素子1のゲート電極
Gとカソード電極Kとの間を逆バイアスしない。GTO
等の素子1が最初オフ状態に制御されているとすると、
共通端子COMを基準に順バイアス信号端子Sonから
供給される順バイアス信号によりGTO等の素子1はオ
フ状態からオン状態に移行する。
フの状態へ移行させるには、順バイアス信号を順バイア
ス信号端子Sonへ供給していない状態でアノード電流
を所定の期間、零にするか、またはゲート電極Gとカソ
ード電極間を逆バイアスすることにより実現する。この
ため、逆バイアス信号端子Soffから逆バイアス信号
を逆バイアススイッチ3へ供給することで逆バイアスス
イッチ3を導通状態に制御し、蓄電手段2に蓄電されて
いる逆バイアス用の電気エネルギによりゲート電極Gと
カソード電極間を逆バイアスする。
通常、アノード電極Aとカソード電極Kとの間の通電性
を制御する制御駆動手段とGTO等の素子1との接続
は、カソード電極Kからリードアウトされたリード線と
ゲート電極Gからリードアウトされたリード線とを介し
て行われる。前記制御駆動手段により電力半導体スイッ
チ装置の導通性の制御を応答性や信頼性の点で良好に実
現する必要があるが、この際に前記リード線のインピー
ダンスが障害になり、十分大きな逆バイアスゲート電流
および十分大きい変化速度(−dIg/dt)を有した
逆バイアスゲート電流を流すことが困難であった。この
ため、GTO等の素子1の遮断能力が制限され、遮断能
力を向上させることが困難であった。
置としてヨーロッパ特許EP0328778B1号公報
に電力半導体デバイスのパッケージング概念が開示され
ている。図11は、従来の電力半導体スイッチ装置とし
て示された電力半導体デバイスのパッケージング概念を
示す構成図である。図において、Wは電力半導体ウェ
ハ、Aaはアノード側銅ブロック電極、Kaはカソード
側銅ブロック電極、Kb,Kcはカソード側銅ブロック
電極Kaに電気的に接続されたカソード拡張電極、Ga
は電力半導体ウェハWのゲート面に接触させた円筒形ゲ
ート電極である。図11に示された電力半導体デバイス
のパッケージング概念では、逆バイアス駆動回路が多数
のキャパシタ2aと逆バイアススイッチ3aとの直列回
路からなり、円筒形ゲート電極Gaと円筒状のカソード
拡張電極Kcとの間に前記直列回路群を配列する概念が
示されている。すなわち、電力半導体ウェハWとともに
同一パッケージ内に多数のキャパシタ2aと逆バイアス
スイッチ3aとの直列回路からなる逆バイアス駆動回路
を実装する概念が示されている。
半導体スイッチ装置の場合、ゲート電極のリード線によ
るインダクタンスが除去されるので、逆バイアスゲート
電流の変化速度−Ig/dtが大きくなり、遮断能力の
向上が期待できる。
ッチ装置は以上のように構成されているので、逆バイア
ス駆動回路の部品が高い温度(125℃)の電力半導体
ウェハWを包むパッケージ内に配置されるので、逆バイ
アススイッチ(例えばMOSFET)の電圧降下が増え
るとともに、その通電能力も低下する課題があった。さ
らに、キャパシタ2aの耐熱性が前記高温に耐えられな
いか、または寸法制約から静電容量が不足して必要な逆
バイアス電流(またはスイープアウト電流の時間積分値
である電荷)を流すこと自体が困難になる課題があっ
た。例えば、電解キャパシタや有機半導体キャパシタは
寿命を考慮すると耐熱性不足で使用できず、積層セラミ
ックキャパシタは単位体積当たりの静電容量が小さいだ
けでなく高温で静電容量が著しく低下するため前記高い
温度の環境下では使えない。さらに、無理に使用すると
これら逆バイアス駆動回路を構成する部品の信頼性が低
下する。
めになされたもので、遮断能力の向上と高信頼化との両
立を実現でき、さらに実装性の向上を図ることのできる
電力半導体スイッチ装置を得ることを目的とする。
る電力半導体スイッチ装置は、リング状にリードアウト
された制御電極の外周に配置されるところの直列接続さ
れた蓄電手段と逆バイアススイッチ手段とからなる逆バ
イアス駆動回路を有した制御駆動手段と、前記逆バイア
ス駆動回路を実装し、平形パッケージに収容され主電流
を通電する第1電極と第2電極とからなる少なくとも一
対の平形主電極の一方を貫通させるとともに、前記制御
電極との接触面を備えて前記平形パッケージに近接し、
かつ、当該平形パッケージ外周に装設された実装基板と
を備えるようにしたものである。
ッチ装置は、平形主電極の一方を貫通させるとともに制
御電極との接触面を備えて平形パッケージに接近させ、
かつ、前記平形パッケージにより分割された実装基板の
両側の各領域へ、リング状にリードアウトされた制御電
極の両側に分割されて配置された各逆バイアス駆動回路
をそれぞれ実装する形態で、前記平形パッケージ外周に
装設された実装基板を備えるようにしたものである。
ッチ装置は、制御電極と対をなす平形主電極の一方の平
形面に圧接される良導電性金属板と良導電性押えリング
とを備え、前記良導電性金属板と前記良導電性押えリン
グは、当該良導電性金属板と当該良導電性押えリングと
の間に前記制御電極と実装基板とを挟み込む構造を備え
るようにしたものである。
ッチ装置は、制御駆動手段の内の制御電極を順バイアス
する順バイアス駆動回路と、前記制御電極を逆バイアス
するための電気エネルギーを蓄電手段へ蓄電する逆バイ
アス電源回路とを前記逆バイアス駆動回路に対し離して
実装するようにしたものである。
ッチ装置は、逆バイアス駆動回路が実装されている実装
基板と分離された別の基板上に前記順バイアス駆動回路
を実装配置したものである。
ッチ装置は、逆バイアス駆動回路が実装されている実装
基板と分離された別の基板上に逆バイアス電源回路を配
置するようにしたものである。
ッチ装置は、逆バイアス駆動回路が実装されている実装
基板上に設けられ、前記逆バイアス駆動回路の逆バイア
ススイッチ手段を駆動する前置駆動回路を前記逆バイア
ス駆動回路に接近させて備えるようにしたものである。
ッチ装置は、平形パッケージにより分割された実装基板
の各領域にそれぞれ実装された各逆バイアス駆動回路の
逆バイアススイッチ手段を駆動する前置駆動回路を、そ
れぞれ前記逆バイアス駆動回路毎に前記実装基板の前記
各領域へ実装するようにしたものである。
説明する。 実施の形態1. 図1は、この発明の実施の形態1の電力半導体スイッチ
装置を示す構成配置概念図であり、図において、11は
平形パッケージに収納されたゲートターンオフ形等の電
力半導体スイッチ素子(以下、GTO等の素子とい
う)、110はGTO等の素子11に必要な各種回路を
実装する実装基板、20はゲート逆バイアス用のキャパ
シタなどの蓄電手段2および当該蓄電手段2に直列接続
された逆バイアススイッチ(逆バイアススイッチ手段)
3からなる逆バイアス駆動回路、16は逆バイアス駆動
回路20の逆バイアススイッチ3を制御する前置駆動回
路である。これら逆バイアス駆動回路20および前置駆
動回路16は制御駆動手段の一部を構成している。Gは
平形パッケージ式のGTO等の素子11の外周を取り囲
むようリードアウトされたリング状のゲート電極(制御
電極)、17は前記リング状のゲート電極Gを押さえて
逆バイアス駆動回路20のゲート駆動出力面に前記ゲー
ト電極Gを導電的に圧着させる良導電性の押えリング
(良導性押えリング)、18は押えリング17のねじ穴
である。
アス電源回路、28は順バイアス駆動回路24へ接続さ
れた電源用の入力線、29は逆バイアス電源回路25へ
接続された逆バイアス駆動用電源の入力線、30は制御
信号の入力線、33は逆バイアスを行うための前記制御
信号をもとに前置駆動回路16へ信号を送出するバッフ
ァ回路、CN1およびCN2はコネクタ、100は電源
類や順バイアス駆動回路等を収容したシャーシである。
これら順バイアス駆動回路24、逆バイアス電源回路2
5およびバッファ回路33は制御駆動手段の一部を構成
している。
装される逆バイアス駆動回路20の構成について詳細に
説明する。図2および図3は、実装基板110上に実装
された逆バイアス駆動回路20の構成を示す平面図であ
る。図2において、D1はGTO等の素子11の平形の
カソード側第2主電極である銅ブロック部を貫通させる
穴径を示す。41は前記リング状のゲート電極Gと電気
的に接続した状態で圧着させるゲート駆動出力面(制御
電極との接触面)である。D3は前記ゲート駆動出力面
41の外径である。D4a〜D4cは実装基板110に
形成されたゲート駆動出力面41の外側の周辺領域に配
置される逆バイアス駆動回路20の蓄電手段2の位置を
示すセンタ径、D5は逆バイアス駆動回路20の逆バイ
アススイッチ3の配置位置を示すセンタ径である。
された逆バイアス駆動回路20の構成では、蓄電手段2
が実装基板110に形成されたゲート駆動出力面41の
外側のセンタ径D4の円周上の周辺領域に配置されてい
る。
置では、図1、図2、図3より理解できるように、電力
半導体ウェハが平形パッケージに収められている形式で
あり、この平形パッケージ内に逆バイアス駆動回路20
が構成されていないので、図10に示す平形パッケージ
内に逆バイアス駆動回路が構成されている従来の電力半
導体スイッチ装置のように電力半導体ウェハの発熱によ
る熱的な悪影響を逆バイアス駆動回路は受けず、高い信
頼性を維持できる。
状のゲート電極Gの外周に配置されていることから、G
TO等の素子11のゲート回路および逆バイアス駆動回
路20よりなる回路のループインピーダンス(蓄電手段
2→GTO等の素子11のカソード側第2主電極→ゲー
ト電極G→逆バイアススイッチ3→蓄電手段2のループ
インピーダンス)が極めて小さくなり、限られた逆バイ
アス電圧でも高速(高い−dIg/dt)かつ大電流に
よるゲート逆バイアスが実現できる。この作用により、
ゲート逆バイアス電流がアノード電流と等しくなるかア
ノード電流よりやや大きくなると、アノード電流の流出
先がカソードからゲートへ転流し、ゲート・カソード間
が完全に逆バイアスされる。このゲート層(Pb)とカ
ソード層(Nk)との間が完全に逆バイアスされる条件
の下でターンオフするので、ターンオフ時に許容される
電流が高くなり遮断可能電流が向上する。また、高い−
dIg/dtひいては大電流でゲート・カソード間が逆
バイアスされるので、蓄積時間(キャリアのスイープア
ウト時間)Tsが極めて短くなる。従って、高速スイッ
チングが実現され遮断性能や遮断能力が向上する。
回路20の多数の逆バイアススイッチ3に対し、図1に
示すように、前記多数の逆バイアススイッチ3を駆動す
る前置駆動回路16を逆バイアス駆動回路20が実装さ
れた実装基板110上に実装し、さらに、当該前置駆動
回路16を逆バイアス駆動回路20の近くに配置する。
このため、逆バイアススイッチ3のゲートと前置駆動回
路とからなる回路のループインピーダンスが低くなる。
従って、逆バイアススイッチ3のゲート電圧を安定化で
き、前置駆動回路16と逆バイアススイッチ3との間に
ノイズが入って逆バイアススイッチ3が誤動作するのを
防止できる。すなわち、逆バイアス駆動回路20の逆バ
イアススイッチ3が高圧大電流の流れるGTO等の素子
11からノイズを受けて誤動作するのを防止する効果が
得られる。
駆動回路24は逆バイアス駆動回路20に対して離れた
位置に配置されているので、高いdIg/dtかつ大電
流の逆バイアス電流からの誘導ノイズを受けにくく、ま
た、GTO等の素子11から離すことによって実装上の
自由度が向上する。
電源回路25も逆バイアス駆動回路20に対し離れた位
置に実装してあるので実装上の自由度が向上する。
の電力半導体スイッチ装置の構造を詳細に示す構成図で
あり、図4(a)は上面図、図4(b)は側面図であ
る。図4において、図1から図3と同一または相当の部
分については同一の符号を付し説明を省略する。図4に
おいて、D2は押えリング17のねじ穴18の配置セン
タ径を示している。前置駆動回路16は、キャパシタ、
MOSFETなどのトランジスタTr、信号処理用IC
やバッファ用IC、抵抗Rなどの電子部品からなる。こ
の前置駆動回路16の逆バイアス駆動回路20への近接
配置により、逆バイアススイッチ3のゲート回路のルー
プインピーダンスが低くなり、逆バイアススイッチ3の
ゲート電圧を安定化でき、前置駆動回路16と逆バイア
ススイッチ3との間にノイズが入って逆バイアススイッ
チが誤動作するのを防止できる。
リング17とともにリング状のゲート電極Gと実装基板
110とを挟み込み固定する良導電性金属板であり、G
TO等の素子11のカソード側第2主電極の底面に対し
圧接される。この良導電性金属板120はシャーシ10
0と電気的に接続され、かつ機械的に連結されている。
51は実装基板110のゲート駆動出力面41とゲート
電極Gとの間に挟まれたリング状の金属スペーサ、52
は実装基板110の裏面に形成された逆バイアス駆動回
路20のカソードコンタクト面と良導電性金属板120
との間に挟まれた金属スペーサである。金属スペーサ5
1,52はカソード側第2主電極の底面とリング状のゲ
ート電極Gとの距離に合わせて適宜寸法関係を合わせる
ものである。
カソード側第2主電極の底面に圧接される良導電性金属
板120と押えリング17との間に、ゲート電極Gと実
装基板110とを挟み込み、ゲート電極Gを金属スペー
サ51により実装基板110表面に形成されているゲー
ト駆動出力面41と電気的に導通した状態にする。また
カソード側第2主電極は、その底面を良導電性金属板1
20に対し圧接することで電気的に導通させる。この場
合、前記ゲート電極Gとカソード側第2主電極とは電気
的に絶縁された状態にあることはいうまでもない。
の押えリング17との間にゲート電極Gと逆バイアス駆
動回路20を実装した実装基板110とを挟み込むので
高い機械的強度が得られる。しかも、前記押えリング1
7やリング状の金属スペーサ51が全周のゲート電位を
均一化するように作用するので、平形パッケージ内部の
電力半導体ウェハのゲート電極も全周にわたってより均
一に逆バイアスされ、遮断能力が向上する。
装置におけるGTO等の素子11の取付構造の詳細を示
す構造図である。図5(a)はGTO等の素子11の外
観を示す側面図、図5(b)はGTO等の素子11の取
付構造部の詳細を示す断面図である。図5(a)におい
て、CeはGTO等の素子11のセラミックパッケージ
(平形パッケージ)であり、押えリング17および金属
スペーサ51は断面により示す。図5(b)において、
54は押えリング17と金属スペーサ51との間にゲー
ト電極Gを挟み込むためのネジ、57は実装基板110
を貫通して金属スペーサ52と金属スペーサ51との間
で実装基板110を挟み込むネジである。56はネジ5
7を介してゲート電極Gとカソード側第2主電極Kとが
短絡するのを防止する絶縁ブッシュ、55は良導電性金
属板120へ金属スペーサ52を固定するネジである。
たネジ57も金属スペーサ52に対し絶縁された状態で
金属スペーサ52および実装基板110を貫通して金属
スペーサ51と螺合しており、この結果、実装基板11
0に対する金属スペーサ51の取り付け位置が規定され
る。また、金属スペーサ51の取り付け位置が規定され
る結果、押えリング17とGTO等の素子11の取り付
け位置も規定される。また、良導電性金属板120に固
定された金属スペーサ52の実装基板110に対する取
り付け位置も規定される。
11のカソード側第2主電極Kと電気的に接続されたカ
ソードコンタクトが形成されており、このカソードコン
タクトとGTO等の素子11のカソード側第2主電極K
との電気的な接続は、カソード側第2主電極Kに圧接し
た良導電性金属板120と金属スペーサ52とを介して
行われる。
ート電極Gと対をなすカソード側第2主電極Kの底面に
圧接される良導電性金属板120と押えリング17とを
備え、これら良導電性金属板120と押えリング17と
の間にゲート電極Gと実装基板110とを挟み込む構成
であるから高い機械的強度が得られる。しかも、前記押
えリング17が全周のゲート電位を均一化するように作
用するので、平形パッケージ内部の電力半導体ウェハの
ゲート電極も全周にわたってより均一に逆バイアスさ
れ、遮断能力が向上する。
形態3の電力半導体スイッチ装置の構成を示す平面図で
あり、図において、20a,20bは2分されてそれぞ
れ配置された逆バイアス駆動回路、16a,16bは前
記2分されて配置された逆バイアス駆動回路20a,2
0bにそれぞれ対応する前置駆動回路、61a,61b
および63a,63bは逆バイアス駆動回路20a,2
0bと制御駆動手段の順バイアス駆動回路24、逆バイ
アス電源回路25、バッファ回路33などとの間を接続
するコネクタ、62はコネクタ61aとコネクタ63a
との間を接続するケーブル、200は前記順バイアス駆
動回路24、逆バイアス電源回路25、バッファ回路3
3などを実装した基板であり、実装基板110に対し分
離されている。
1の周囲全体に逆バイアス駆動回路を配置するのではな
く、逆バイアス駆動回路20aおよび逆バイアス駆動回
路20bに2分割し、GTO等の素子11の直径より多
少大きめの幅を有した実装基板110上のGTO等の素
子11により分割される当該実装基板両側の各領域に逆
バイアス駆動回路20aおよび逆バイアス駆動回路20
bをそれぞれ配置する。このためGTO等の素子11の
周囲全体に逆バイアス駆動回路を配置する構成に比べて
実装基板110の幅を狭くできる。従ってGTO等の素
子11のスタッキングに際して、その共締めボルトや共
締めベルトを通す幅(間隔)を狭くできる。さらに、前
記共締めボルトや共締めベルトを通す幅が狭くできるの
でスタッキングの機械的強度が得られやすく、かつ、コ
ンパクトにできる。
回路24は、逆バイアス駆動回路20a,20bを実装
する実装基板110とは異なる分離された基板200に
実装される構成であることから、順バイアス駆動回路2
4は、高いdIg/dtかつ大電流の逆バイアス電流か
らの干渉(ノイズ)を受けにくい。また、実装スペース
が限られるGTO等の素子11から離すことによって、
実装上の自由度が向上する。
アス駆動回路20a,20bの逆バイアススイッチ3を
それぞれ駆動する前置駆動回路16a,16bも、それ
ぞれ逆バイアス駆動回路20a,20b毎に実装基板1
10に実装するため、逆バイアス駆動回路20a,20
bそれぞれについて逆バイアススイッチ3のゲート回路
のループインピーダンスが低くなる。従って、逆バイア
ススイッチ3のゲート電圧を安定させることができ、前
置駆動回路と当該前置駆動回路により駆動される逆バイ
アススイッチ3との間にノイズが入っても逆バイアスス
イッチ3の誤動作を防止できる。
の逆バイアス電源回路25は、逆バイアス駆動回路20
a,20bを実装する実装基板110とは異なる分離さ
れた基板200上に実装されているので、実装スペース
が限られるGTO等の素子11から離すことによって実
装上の自由度が向上する。
ス駆動回路24も実装基板110とは異なる分離された
基板200上に実装されているので、実装上の自由度が
向上する。
実施の形態3の電力半導体スイッチ装置の詳細な構造を
示す構成図、図8は図6に示した電力半導体スイッチ装
置の基板200および当該基板200を収容するシャー
シ100の詳細な構造を示す構成図である。図7および
図8において、図6と同一または相当の部分については
同一の符号を付し説明を省略する。図8において、71
は制御駆動手段の順バイアス駆動回路24や逆バイアス
電源回路25が実装された基板200を収納したシャー
シ100を固定するための取付足、72は取付足71に
形成された孔であり、この孔72を利用してシャーシ1
00をネジにより所望の箇所へ固定する。
イッチ装置におけるGTO等の素子11を実装基板11
0へ取り付けるための構造を示す構成図であり、図5と
同一または相当の部分については同一の符号を付して説
明を省略するが、図5に示した良導電性金属板120の
代りに、金属スペーサ52へネジ55により固定される
良導電性金属板130を備えている。この良導電性金属
板130は、良導電性金属板120と同様にGTO等の
素子11のカソード側第2主電極Kの底面に圧接され
る。また、この良導電性金属板130は良導電性金属板
120のように直接、シャーシ100に連結されてはい
ない。
の電力半導体スイッチ装置では、コネクタ61b、コネ
クタ63b、さらにこれらコネクタ間を接続するケーブ
ルを介して実装基板110と基板200とが電気的に接
続され、基板200は実装基板110から離して応用装
置の中に自由に実装できる。このため、GTO等の素子
11のスタッキングに際してスナッバ・クランパ・電圧
クランパ・冷却機構・良導電性金属板(または良導電性
金属条・BUS)による配線などを配置実装する際に、
それぞれの最適条件・制約条件・優先順位に合わせた最
適配置が可能となり、実装を行う際の自由度が向上す
る。
イアス駆動回路20a,20bおよび前置駆動回路16
a,16bを実装する実装基板110とリング状のゲー
ト電極Gとを、押えリング17と良導電性金属板130
との間に挟み込む構成である。従って、実装基板110
を高い機械的強度で実装できる。しかも、押えリング1
7がゲート電極Gの全周のゲート電位を均一化するよう
に作用するので、ゲート電極Gは均一に逆バイアスさ
れ、遮断能力が向上する。
れば、平形主電極の一方を貫通させるとともに制御電極
との接触面を備えて平形パッケージに近接させ、かつ、
当該平形パッケージの外周に装設された実装基板へ逆バ
イアス駆動回路を実装し、当該逆バイアス駆動回路の直
列接続された蓄電手段と逆バイアススイッチ手段とがリ
ング状にリードアウトされた前記制御電極の外周に配置
されるように構成したので、前記逆バイアス駆動回路が
電力半導体ウェハから受ける熱的な悪影響を軽減するこ
とができ、信頼性を向上させることができる効果があ
る。また、前記逆バイアス駆動回路は、リング状にリー
ドアウトされた制御電極の外周に配置されるので、前記
制御電極全体に均等に逆バイアスを加えることができる
だけでなく、逆バイアス駆動回路のループインピーダン
スが小さくなり、限られた逆バイアス電圧でも高速かつ
大電流による逆バイアスを前記制御電極へ加え遮断能力
を向上できる効果がある。
の一方を貫通させ、制御電極との接触面を備え、さらに
平形パッケージへ接近させるとともに、前記平形パッケ
ージにより分割された領域を有した実装基板へ、分割し
た各逆バイアス駆動回路のそれぞれを実装し、実装され
た前記各逆バイアス駆動回路がリング状にリードアウト
された制御電極の両側の前記各領域に配置されるように
構成したので、前記実装基板の幅は平形パッケージのみ
を収容できる幅であればよく、制御電極の外周全体に逆
バイアス駆動回路を配置する構成に比べて実装基板の幅
を小さくすることができ、スタッキングに際して、その
共締めボルトや共締めベルトを通す幅や間隔を狭くする
ことができ、スタッキングの機械的強度が得られ、コン
パクトに構成できる効果がある。
対をなす平形主電極の一方の平形面に圧接される良導電
性金属板と良導電性押えリングとを備え、前記良導電性
金属板と前記良導電性押えリングが前記制御電極と実装
基板とを挟み込むように構成したので、高い機械的強度
が得られ、さらに前記良導電性押えリングが全周のゲー
ト電位を均一化するように作用するので、制御電極もよ
り均一に逆バイアスされ、遮断能力が向上し、機械的な
信頼性が向上する効果がある。
駆動回路を逆バイアス駆動回路に対し離して実装するよ
うに構成したので、変化が大きく、かつ大電流の逆バイ
アス電流により順バイアス駆動回路が受ける誘導ノイズ
の影響を軽減でき、また、電力半導体スイッチ素子と順
バイアス駆動回路とが離れていることによって電力半導
体スイッチ装置としての実装上の自由度が向上する効果
がある。
駆動回路が実装されている実装基板と分離された別の基
板上に順バイアス駆動回路を配置するように構成したの
で、変化が大きく、かつ大電流の逆バイアス電流により
順バイアス駆動回路が受ける誘導ノイズの影響を軽減で
き、また、電力半導体スイッチ素子と順バイアス駆動回
路とがそれぞれ分離された基板上に実装される構成であ
るから、電力半導体スイッチ素子および順バイアス駆動
回路の実装上の自由度が向上する効果がある。
駆動回路が実装されている実装基板と分離された別の基
板上に逆バイアス電源回路を配置するように構成したの
で、電力半導体スイッチ素子および逆バイアス電源回路
の実装上の自由度が向上する効果がある。
駆動回路が実装されている実装基板上に、前記逆バイア
ス駆動回路の逆バイアススイッチ手段を駆動する前置駆
動回路を当該逆バイアス駆動回路に接近させて備えるよ
うに構成したので、カソード側の平形主電極と制御電極
とを含む逆バイアス駆動回路のループインピーダンスを
低くすることができ、前記逆バイアススイッチ手段のゲ
ート電圧を安定化でき、前記前置駆動回路と前記逆バイ
アススイッチ手段との間にノイズが入って当該逆バイア
ススイッチ手段が誤動作するのを防止でき、信頼性を向
上できる効果がある。
ージにより分割された実装基板の各領域にそれぞれ実装
された各逆バイアス駆動回路の逆バイアススイッチ手段
を駆動する前置駆動回路を、それぞれ前記逆バイアス駆
動回路毎に前記実装基板の前記各領域へ実装するように
構成したので、制御電極の外周全体に逆バイアス駆動回
路を配置する構成に比べて実装基板の幅を小さくするこ
とができ、スタッキングに際して、その共締めボルトや
共締めベルトを通す幅や間隔を狭くすることができ、ス
タッキングの機械的強度が得られ、コンパクトに構成で
きる効果に加え、カソード側の平形主電極と制御電極と
を含む前記各逆バイアス駆動回路のループインピーダン
スを低くすることができ、前記各逆バイアス駆動回路の
逆バイアススイッチ手段のゲート電圧を安定化でき、前
置駆動回路と逆バイアススイッチ手段との間にノイズが
入って当該逆バイアススイッチ手段が誤動作するのを防
止でき、信頼性を向上できる効果がある。
イッチ装置を示す構成配置概念図である。
イッチ装置の実装基板上に実装された逆バイアス駆動回
路の構成を示す平面図である。
イッチ装置の実装基板上に実装された逆バイアス駆動回
路の構成を示す平面図である。
を詳細に示す構成図である。
を詳細に示す構成図である。
イッチ装置の構成を示す平面図である。
な構造を示す構成図である。
ーシおよび当該シャーシに収容された基板の詳細な構造
を示す構成図である。
イッチ装置におけるGTOを実装基板へ取り付けるため
の構造を示す構成図である。
の回路構成図である。
れた電力半導体デバイスのパッケージング概念を示す構
成図である。
イッチ手段)、11GTO等の素子(電力半導体スイッ
チ素子)、16,16a,16b 前置駆動回路、17
抑えリング(良導電性押えリング)、20,20a,
20b 逆バイアス駆動回路、24 順バイアス駆動回
路(制御駆動手段)、25 逆バイアス電源回路(制御
駆動手段)、33 バッファ回路(制御駆動手段)、4
1 ゲート駆動出力面(制御電極との接触面)、110
実装基板、120,130良導電性金属板、G ゲー
ト電極(制御電極)、Ce セラミックパッケージ(平
形パッケージ)、200 基板。
Claims (8)
- 【請求項1】 平形パッケージに収容され主電流を通電
する第1電極と第2電極とからなる少なくとも一対の平
形主電極および当該平形主電極の一方と対を成して前記
平形主電極間の通電性を制御する制御電極を有する電力
半導体スイッチ素子と、 前記制御電極を逆方向にバイアスするための電気エネル
ギを逆バイアス電源回路から供給されて蓄積する蓄電手
段と、 該蓄電手段に直列接続された逆バイアススイッチ手段に
より前記蓄電手段へ蓄積された電気エネルギにより前記
制御電極を逆バイアスしたり、前記制御電極を順バイア
スして、前記平形主電極間の通電性を制御する制御駆動
手段とを備え、前記電力半導体スイッチ素子の前記制御
電極が前記平形主電極の間にあって前記平形主電極の周
辺を取り囲む形態で前記平形パッケージの外にリング状
にリードアウトされた電力半導体スイッチ装置におい
て、 前記制御駆動手段は、前記リング状にリードアウトされ
た前記制御電極の外周に配置されるところの前記直列接
続された前記蓄電手段と前記逆バイアススイッチ手段と
からなる逆バイアス駆動回路を有し、 該逆バイアス駆動回路を実装し、前記平形主電極の一方
を貫通させるとともに、前記制御電極との接触面を備え
て前記平形パッケージに近接し、かつ、当該平形パッケ
ージ外周に装設された実装基板とを備えたことを特徴と
する電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項2】 リング状にリードアウトされた制御電極
の両側に逆バイアス駆動回路を分割して配置し、さら
に、前記実装基板は、平形主電極の一方を貫通させると
ともに前記制御電極との接触面を備えて平形パッケージ
に接近させ、かつ、前記平形パッケージにより分割され
た前記実装基板の両側の領域に前記分割された各逆バイ
アス駆動回路をそれぞれ実装することを特徴とする請求
項1記載の電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項3】 制御電極と対をなす平形主電極の一方の
平形面に圧接される良導電性金属板と良導電性押えリン
グとを備え、前記良導電性金属板と前記良導電性押えリ
ングは、当該良導電性金属板と当該良導電性押えリング
との間に前記制御電極と前記実装基板とを挟み込む構造
を有していることを特徴とする請求項1または請求項2
記載の電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項4】 制御駆動手段は、制御電極を順バイアス
する順バイアス駆動回路および前記制御電極を逆バイア
スするための前記逆バイアス駆動回路を有し、前記順バ
イアス駆動回路は前記逆バイアス駆動回路に対し離して
実装されていることを特徴とする請求項1から請求項3
のうちのいずれか1項記載の電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項5】 順バイアス駆動回路は、逆バイアス駆動
回路が実装されている実装基板と分離された別の基板上
に配置されていることを特徴とする請求項4記載の電力
半導体スイッチ装置。 - 【請求項6】 逆バイアス電源回路は、逆バイアス駆動
回路が実装されている実装基板と分離された別の基板上
に配置されていることを特徴とする請求項4または請求
項5記載の電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項7】 制御駆動手段の逆バイアス駆動回路が実
装されている前記実装基板上に設けられ、前記逆バイア
ス駆動回路の逆バイアススイッチ手段を駆動する前置駆
動回路を前記逆バイアス駆動回路に接近させて備えるこ
とを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか
1項記載の電力半導体スイッチ装置。 - 【請求項8】 平形パッケージにより分割された実装基
板の各領域にそれぞれ実装された各逆バイアス駆動回路
の逆バイアススイッチ手段を駆動する前置駆動回路を、
それぞれ前記逆バイアス駆動回路毎に前記実装基板の前
記各領域へ実装することを特徴とする請求項7記載の電
力半導体スイッチ装置。
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