JP3371068B2 - 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 same

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JP3371068B2
JP3371068B2 JP07688597A JP7688597A JP3371068B2 JP 3371068 B2 JP3371068 B2 JP 3371068B2 JP 07688597 A JP07688597 A JP 07688597A JP 7688597 A JP7688597 A JP 7688597A JP 3371068 B2 JP3371068 B2 JP 3371068B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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33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
AP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. 33 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34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34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
GQP/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. 34, 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35及び図36は、図33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35は、図36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36
は、図35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。
FIGS. 35 and 36 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. 35 shows a side view of the GTO 3P viewed from the arrow direction DP2 shown in FIG. 36, but only a part of the GTO 3P is shown in a sectional view form. Also, in FIG.
FIG. 36 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. 35.

【0011】両図35,36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。
35 and 36, each reference numeral indicates the following member. 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36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. 36, the first point is that the gate reverse current take-out lead 21P 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37の
GTO素子の平面図と、図38のGTO素子の断面図で
ある。図38は、図37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. 37 and a cross-sectional view of the GTO element of FIG. 38. 38 is a vertical cross-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33)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−VDD2)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.
The electric charge charged up in (FIG. 33) needs to be completely discharged 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 the snubber resistor having such a power capacity is connected, only the 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 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、互いに係合する
一対の固定側部材と可動側部材とからなり、上記固定側
部材は電流路に固定され、上記可動側部材は回動するこ
とにより上記回動軸の軸方向に移動し上記ゲート端子を
上記軸方向に圧接して上記ゲート端子と上記電流路とを
電気的に接続するゲート接続手段を備えたものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device comprising a gate terminal extending in a circumferential direction of a semiconductor switching element, and a pair of a fixed side member and a movable side member engaging with each other. The fixed-side member is fixed to the current path, and the movable-side member is rotated to move in the axial direction of the rotating shaft and press-contact the gate terminal in the axial direction with the gate terminal. It is provided with a gate connecting means for electrically connecting with the current path.

【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、
上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に雌ネジが形成されたリング状の取付座、および外周に
形成された雄ネジを上記取付座の雌ネジに螺合させるこ
とにより上記ゲート端子を軸方向に圧接して上記ゲート
端子と上記第1の導体層とを電気的に接続するゲート押
えリングを備えたものである。
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,
A ring-shaped mounting seat coaxially arranged with the semiconductor switching element on the outer periphery thereof, electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and having female threads formed on the inner periphery, and a male member formed on the outer periphery. A gate pressing ring is provided which axially press-contacts the gate terminal by electrically screwing the screw into the female screw of the mounting seat to electrically connect the gate terminal and the first conductor layer. .

【0024】請求項3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、
上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に螺旋状に延在するガイドが形成されたリング状の取付
座、および外周に上記取付座のガイドに係合するピンを
突設し回動させることにより上記ゲート端子を軸方向に
圧接して上記ゲート端子と上記第1の導体層とを電気的
に接続するゲート押えリングを備えたものである。
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,
A ring-shaped mounting seat that is coaxially arranged with the semiconductor switching element and that is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and that has a guide extending in a spiral shape on the inner periphery, and an outer periphery. A gate pressing ring for projecting a pin engaging with the guide of the mounting seat and rotating the pin to axially press the gate terminal to electrically connect the gate terminal to the first conductor layer. It is equipped with.

【0025】また、請求項4に係る半導体スイッチング
装置は、請求項2または3において、その配線基板の一
方の面に露出させた第1の導体層が直接ゲート端子に当
接するようにしたものである。
Further, a semiconductor switching device according to a fourth aspect is the semiconductor switching device according to the second or third aspect, wherein the first conductor layer exposed on one surface of the wiring substrate directly contacts the gate terminal. is there.

【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または3において、その取付座を、配
線基板側端部を内径側へ延在させて形成された受座部を
有するものとし、上記受座部が直接ゲート端子に当接す
るようにしたものである。
The semiconductor switching device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to the second or third aspect, wherein the mounting seat has a seat portion formed by extending the wiring board side end portion to the inner diameter side. The seat portion directly contacts the gate terminal.

【0027】また、請求項6に係る半導体スイッチング
装置は、請求項4または5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
固定される導体板、配線基板を介して取付座およびゲー
ト押えリングと軸方向に対向して配設され、上記配線基
板の他方の面に露出させた第2の導体層と上記導体板と
の間に介在するカソードスペーサリング、上記導体板と
カソードスペーサリングとを互いに圧接結合する第1の
締付具、および上記取付座とカソードスペーサリングと
で上記配線基板を挟持圧接し互いに結合する第2の締付
具を備えたものである。
The semiconductor switching device according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to the fourth or fifth aspect, wherein the semiconductor switching device is attached via a conductor plate and a wiring board that are in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and fixed by axial pressure contact. A cathode spacer ring disposed axially opposite the seat and the gate pressing ring and interposed between the second conductor layer exposed on the other surface of the wiring board and the conductor plate; and the conductor plate. The present invention is provided with a first tightening tool that press-connects the cathode spacer ring to each other, and a second tightening tool that sandwiches and press-contacts the wiring board with the mounting seat and the cathode spacer ring to connect 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4または5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
固定される導体板、配線基板を介してゲート押えリング
と軸方向に対向して配設され、上記配線基板の他方の面
に露出させた第2の導体層と上記導体板との間に介在す
るカソードスペーサリング、上記配線基板と取付座とを
互いに圧接結合する第1の締付具、および上記配線基板
と導体板とで上記カソードスペーサリングを挟持圧接し
互いに結合する第2の締付具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 fourth or fifth aspect, in which the gate is provided via a conductor plate and a wiring board that are in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and fixed by being pressed in the axial direction. A cathode spacer ring, which is disposed so as to face the pressing ring in the axial direction and is interposed between the second conductor layer exposed on the other surface of the wiring board and the conductor plate, the wiring board and the mounting seat. And a second fastener for sandwiching and pressing the cathode spacer ring between the wiring board and the conductor plate to join them together.

【0029】請求項8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、上記半導体スイッチング
素子と同軸でその外周に配設され上記配線基板の第1の
導体層と電気的に接続され内周に雌ネジが形成されたリ
ング状の取付座、および外周に形成された雄ネジを上記
取付座の雌ネジに螺合させることにより上記ゲート端子
およびカソード端子を軸方向に圧接して上記ゲート端子
と上記第1の導体層、および上記カソード端子と上記第
2の導体層をそれぞれ電気的に接続するゲート押えリン
グを備えたものである。
According to another aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the semiconductor switching device is provided with a gate terminal for connecting a gate driver and a cathode terminal which are formed on the front and back sides and extend 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 via an insulating layer, and is coaxial with the semiconductor switching element. A ring-shaped mounting seat, which is disposed on the outer periphery of the mounting seat, is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and has a female screw formed on the inner periphery thereof, and a male screw formed on the outer periphery of the ring-shaped mounting seat. A gate that is screwed into a screw to press the gate terminal and the cathode terminal in the axial direction to electrically connect the gate terminal and the first conductor layer, and the cathode terminal and the second conductor layer, respectively. It is equipped with a presser ring.

【0030】請求項9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、上記半導体スイッチング
素子と同軸でその外周に配設され上記配線基板の第1の
導体層と電気的に接続され内周に螺旋状に延在するガイ
ドが形成されたリング状の取付座、および外周に上記取
付座のガイドに係合するピンを突設し回動させることに
より上記ゲート端子およびカソード端子を軸方向に圧接
して上記ゲート端子と上記第1の導体層、および上記カ
ソード端子と上記第2の導体層をそれぞれ電気的に接続
するゲート押えリングを備えたものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switching device including 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 and extend 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 via an insulating layer, and is coaxial with the semiconductor switching element. A ring-shaped mounting seat provided on the outer periphery thereof and electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and having a guide extending spirally on the inner periphery, and a guide for the mounting seat on the outer periphery. The gate terminal and the cathode terminal are pressed against each other in the axial direction by projecting and rotating the engaging pin, and the gate terminal and the first conductor layer, and the cathode terminal and the second conductor layer, respectively. It is provided with a gate pressing ring to be electrically connected.

【0031】また、請求項10に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項8または9において、その配線基板の
一方の面に互いに絶縁した状態で第1の導体層および第
2の導体層を露出させ、これら露出した第1の導体層お
よび第2の導体層に直接それぞれ取付座およびカソード
端子が当接するようにしたものである。
A semiconductor switching device according to a tenth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to the eighth or ninth aspect, wherein the first conductor layer and the second conductor layer are exposed on one surface of the wiring board while being insulated from each other. The mounting seat and the cathode terminal are directly brought into contact with the exposed first conductor layer and second conductor layer, respectively.

【0032】また、請求項11に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項8ないし10のいずれかにおいて、そ
の配線基板を介して取付座およびゲート押えリングと軸
方向に対向して配設されたスペーサリング、および上記
取付座とスペーサリングとで上記配線基板を挟持圧接し
互いに結合する締付具を備えたものである。
A semiconductor switching device according to an eleventh aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the spacer ring is arranged axially opposite the mounting seat and the gate pressing ring via the wiring board. , And a fastener for sandwiching and pressing the wiring board with the mounting seat and the spacer ring to join them together.

【0033】また、請求項12に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項2ないし11のいずれかにおいて、そ
のゲート押えリングを、半導体スイッチング素子のゲー
ト端子に一体に固着する構成としたものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor switching device according to any one of the second to eleventh aspects, the gate pressing ring is integrally fixed to the gate terminal of the semiconductor switching element.

【0034】また、請求項13に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項2ないし12のいずれかにおいて、そ
のゲート押えリングの圧接側端面に弾性接触子を取付
け、圧接時上記弾性接触子が蓄勢状態となるようにした
ものである。
A semiconductor switching device according to a thirteenth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to any one of the second to twelfth aspects, wherein an elastic contactor is attached to an end face of the gate pressing ring on the pressure contact side, and the elastic contactor is in a stored state during pressure contact. It is designed to be

【0035】また、請求項14に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項2ないし12のいずれかにおいて、弾
性部材からなり、ゲート押えリングとゲート端子との間
に挿入され、圧接時軸方向に変形収縮して蓄勢状態とな
る弾性ワッシャを備えたものである。
A semiconductor switching device according to a fourteenth aspect is the semiconductor switching device according to any one of the second to twelfth aspects, which is made of an elastic member, is inserted between the gate pressing ring and the gate terminal, and is deformed and contracted in the axial direction during press contact. It is provided with an elastic washer which becomes a stored state.

【0036】また、請求項15に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項2ないし7のいずれかにおいて、その
ゲート端子を、圧接時軸方向に変形収縮して蓄勢状態と
なる弾性部材で構成したものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the semiconductor switching device according to any one of the second to seventh aspects, the gate terminal is formed of an elastic member which is deformed and contracted in the axial direction during pressure contact to be in a stored state. Is.

【0037】また、請求項16に係る半導体スイッチン
グ装置は、請求項2ないし15のいずれかにおいて、そ
の配線基板を、第1および第2の導体層を複数対、上記
両導体層を交互に積層してなるものとし、半導体スイッ
チング素子との接続位置近傍において、上記第1の導体
層同士および第2の導体層同士をスルーホールで互いに
電気的に接続するようにしたものである。
A semiconductor switching device according to a sixteenth aspect of the present invention is the semiconductor switching device according to any one of the second to fifteenth aspects, wherein the wiring board has a plurality of pairs of first and second conductor layers and the conductor layers are alternately laminated. In the vicinity of the connection position with the semiconductor switching element, the first conductor layers and the second conductor layers are electrically connected to each other by through holes.

【0038】請求項17に係る半導体スタック装置は、
請求項1ないし16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。
A semiconductor stack device according to claim 17 is
The semiconductor switching device according to any one of claims 1 to 16 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. .

【0039】請求項18に係る電力変換装置は、請求項
1ないし17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。
An electric power converter according to an eighteenth aspect uses the semiconductor switching device according to any one of the first to seventeenth aspects, and is provided with a gate control device for gate-controlling the semiconductor switching element to perform electric power conversion. It is a thing.

【0040】[0040]

【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.

【0041】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.

【0042】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。
Hereinafter, 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.

【0043】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.

【0044】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.

【0045】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
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.

【0046】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.

【0047】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
AK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 to 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.

【0048】ここでは、ターンオフ時に、従来、主電流
A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
の比の絶対値で定まるターンオフゲインG(=|IA
GQ|)を1以下(G≦1)に設定することで、主電流
A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
A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 , which 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."

【0049】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, if the increase rate | dI GQ / dt | is set 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.

【0050】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 take 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.

【0051】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 via 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.

【0052】但し、ゲートドライバ4は、主電流IA
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 to have a capacitance enough to allow the gate reverse current I GQ having a value equal to or higher than the main current I A to flow.

【0053】例えば、ゲートドライバ4の主電源4a
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 rate of increase 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.

【0054】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 specific 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 .

【0055】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 the noise component contained 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.

【0056】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
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 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.

【0057】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.

【0058】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 path 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.

【0059】しかるに、従来のGTO3Pのパッケージ
構造は、図35及び図36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. 35 and 36, the internal inductance of the GTO element 20P (lead 21P-ring gate electrode 34P-cathode electrode 30P). ~ Inductance of the path to the 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 gate and cathode external lead wires 21P and 22P which occupy 90% of the total inductance value in the loop R1.

【0060】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.

【0061】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.

【0062】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38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.

【0063】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.

【0064】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35)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 a mechanical portion of the gate driver 4, and FIG. 7 is a view showing 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. 35) 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.

【0065】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.

【0066】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 this 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.

【0067】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
GQ/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.

【0068】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 positioned by using the substrate 70A shown in the plan view of FIG. You may make it take out an electric current.

【0069】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.

【0070】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
−IA)(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3
G,配線経路L1を介してゲートドライバ4に転流し、
|GTO3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 the gate electrode 3
G, commutated to the gate driver 4 via the wiring path L1,
The relational expression of anode current I A | ≦ | gate reverse current I GQ | of | GTO 3 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.

【0071】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
A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 |.

【0072】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 | results, 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.

【0073】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。
When the voltage blocking function of the PNP transistor 80 starts to recover (time T 3 ), the anode-cathode electrode voltage V AK shown in FIG. 9 begins to rise, and the anode-cathode electrode voltage V AK becomes 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.

【0074】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
P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, the GTO 3 and the 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 in parallel between 1 and 12. 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, an arrester, and the like. 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.

【0075】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.

【0076】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
K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 comparatively 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.

【0077】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 |).

【0078】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.

【0079】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 downsizing, simplification, cost reduction, and efficiency improvement of the device can be realized.

【0080】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 spike voltage or 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.

【0081】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.

【0082】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.

【0083】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
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.

【0084】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.

【0085】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 supply 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 .

【0086】尚、時刻t4から時刻t5までのピーク電圧
P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.

【0087】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 protection circuit of the semiconductor switching device 10A is entirely reduced to 0 by the snubber resistance as in 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.

【0088】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 above section, the semiconductor switching device described 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.

【0089】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 the 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.

【0090】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
グ装置の要部、即ち、半導体スイッチング素子のゲート
端子の接続部分を示す構成図である。同図(1)は、そ
の平面図、同図(2)は、同図(1)のX1−X1線で
切断した断面図で、いずれもゲートドライバは図示を省
略している。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 the main part of the semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention, that is, the connection part of the gate terminal of the semiconductor switching element, which solves the above new problems. . FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line X1-X1 of FIG. 1A, in which the gate driver is not shown. In the following, since the main points of interest are different from the contents described with reference to FIGS. 1 to 15, the same or corresponding parts will be described with new reference numerals.

【0091】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。110はGTO100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17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111〜114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17では、図示を省
略している左方端)はゲートドライバのゲート側出力端
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。また、117は配線基板11
0の表裏両面に施された絶縁被膜である。
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 110 denotes a wiring board that constitutes a current path between the GTO 100 and the gate driver, and includes four conductive layers 111 to 114 stacked on each other through an insulating layer 115, as shown in a detailed cross section in FIG. ing. And the first
The first conductive layers 111 and 113 of the third and third layers form a gate-side current path, and one end (the left end not shown in FIG. 17) of each is connected to the gate-side output terminal of the gate driver. The second conductive layer 112 of the second layer and the fourth layer connected,
Reference numeral 114 forms a cathode side current path, and one end of each is connected to the cathode side output terminal of the gate driver. Note that the first conductive layers 111 and 113 and the second conductive layers 112 and 114 are electrically connected to each other by through holes 116 near the connection position of the gate terminal 101. Further, 117 is the wiring board 11.
No. 0 is an insulating film applied to both front and back surfaces.

【0092】図16に戻り、120は平板状の導体板で
図18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と一体に固定される。
121は第1の締付具としての皿ネジ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
ペーサリングで、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 FIG. 16, 120 is a flat conductor plate, and as will be described later with reference to FIG. 18, the right end of the conductor plate comes into contact with the cathode electrode 103 when it is assembled into a stack structure, and is pressed in the axial direction. Fixed. The left end of the conductor plate 120 is integrally fixed to a gate driver (not shown).
Reference numeral 121 denotes a cathode spacer ring made of a conductive material, which is integrally fixed to the conductor plate 120 by a countersunk screw 122 as a first tightening tool, and the second conductive layer 114 is exposed on the upper surface of the wiring board 110. The bottom surface abuts.

【0093】123はGTO100と同軸に配設されそ
の内周に雌ネジ124が形成された導電材からなるリン
グ状の固定側部材としての取付座で、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。125は第2の締付具としてのボルトで、カソ
ードスペーサリング121と取付座123とで配線基板
110を挟持圧接し三者を一体に固定する。126はボ
ルト125を絶縁するための絶縁スペーサである。12
7は外周に形成された雄ネジ128を取付座123の雌
ネジ124に螺合させることによりゲート端子101を
軸方向下方へ圧接してゲート端子101と第1の導電層
111とを電気的に接続する可動側部材としてのゲート
押えリングである。127aはこの螺合の際に使用する
工具を係合させるためゲート押えリング127の周方向
4個所に設けられた凹部である。
Reference numeral 123 denotes a mounting seat as a ring-shaped fixed side member made of a conductive material, which is arranged coaxially with the GTO 100 and has an internal thread 124 formed on the inner periphery thereof.
The upper surface of the wiring board 110 having the exposed conductive layer 111 is in contact. Numeral 125 is a bolt as a second fastening tool, which clamps the wiring board 110 by the cathode spacer ring 121 and the mounting seat 123 to fix them to each other integrally. 126 is an insulating spacer for insulating the bolt 125. 12
Reference numeral 7 denotes a male screw 128 formed on the outer periphery of which is screwed into a female screw 124 of the mounting seat 123 to press the gate terminal 101 axially downward to electrically connect the gate terminal 101 and the first conductive layer 111. It is a gate pressing ring as a movable member to be connected. Denoted at 127a are recesses provided at four circumferential positions of the gate pressing ring 127 for engaging a tool used during this screwing.

【0094】図16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およびボルト125を使用し
て取付座123、配線基板110、カソードスペーサリ
ング121および導体板120、更にゲートドライバを
一体に組み立てておき、GTO100を位置合わせした
後、ゲート押えリング127を取付座123に螺合させ
ることによりゲート端子101と配線基板110の第1
の導電層111とが接触する。なお、この接触は、ゲー
ト端子101の下面だけでなく、取付座123およびゲ
ート押えリング127を経てゲート端子101の上面か
らもなされるので、良好な導通状態が得られる。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 FIG. 16, the mounting seat 123, the wiring board 110, the cathode spacer ring 121 and the conductor plate 120, and the gate driver are assembled in advance by using the flat head screw 122 and the bolt 125. , The GTO 100 is aligned, and the gate pressing ring 127 is screwed into the mounting seat 123, so that the first gate terminal 101 and the first wiring board 110
With the conductive layer 111. Since this contact is made not only from the lower surface of the gate terminal 101 but also from the upper surface of the gate terminal 101 via the mounting seat 123 and the gate pressing ring 127, a good conduction state can be obtained. 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 flows through the conductive layers 111 and 113 to the gate terminal 101.

【0095】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リング121を経て第2の導電
層114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、ゲートドライバとG
TO100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。
The cathode electrode 103 is the conductor plate 120.
And is connected to the second conductive layer 114 via the cathode spacer ring 121. 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 flows through the conductive layers 112 and 114 to the cathode electrode 103. As described above, the gate driver and G
Since the current path connecting to the TO 100 is composed of the wiring board 110 formed by laminating two pairs of conductive layers in which currents flow in mutually opposite directions, the inductance of this current path is suppressed to an extremely small value. The desired steep turn-off current can be easily and surely supplied based on the above-described principle.

【0096】また、ゲート端子101の切り離しは、ゲ
ート押えリング127の螺合状態を緩め、取付座123
から分離させればよい。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、ゲート押えリング127という1個の
ネジ構造部品の螺合操作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 screwing state of the gate pressing ring 127 is loosened, and the mounting seat 123 is removed.
Should be separated from. As described above, in the connection / detachment structure of the gate terminal of the semiconductor switching device according to this embodiment, the gate pressing ring 127 can be attached / detached by screwing a single screw structural component.
The workability becomes extremely simple. Moreover, unlike the above-described FIGS. 6 and 7, since a large number of screw holes are not required, specially 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

【0097】なお、図18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、20
4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、
GTO100や環流ダイオード201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18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. 18 shows a structure in which a plurality of semiconductor switching devices described above are used and assembled with other peripheral parts 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 free-wheeling diode, 202 is a snubber diode, 203 is a cooling fin as a cooling member, 20
Reference numeral 4 is a stack electrode, and 205 is an insulating spacer. Of these, a water cooling pipe 206 is connected to the cooling fin 203,
The heat generated from the GTO 100 and the freewheeling diode 201 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. 18, in this embodiment, the gate driver 200 is supported via the conductor plate 120 and is integrated with the stack structure.

【0098】実施の形態2.以下、実施の形態1と同様
の課題を解決するための他の変形例について、特に実施
の形態1との相異点を中心に説明する。図19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。図16と異なる点は、取付座1
23である。即ち、取付座123の下部には内径側へ延
在する受座部123aが形成されており、ゲート端子1
01はこの受座部123aに直接当接する構成となって
いる。従って、ゲート押えリング127を螺合してゲー
ト端子101を圧接した場合、その反力はすべて取付座
123自体が受け、配線基板110に掛からないので配
線基板110の信頼性が向上するという利点がある。
Embodiment 2. Hereinafter, another modified example for solving the same problem as in the first embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment. FIG. 19 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 16 is that the mounting seat 1
23. That is, the seat portion 123a extending to the inner diameter side is formed in the lower part of the mounting seat 123, and the gate terminal 1
01 is configured to directly contact the seat portion 123a. Therefore, when the gate pressing ring 127 is screwed and the gate terminal 101 is pressed, the mounting seat 123 itself receives all the reaction force and does not apply to the wiring board 110, so that the reliability of the wiring board 110 is improved. is there.

【0099】更に、図19に示す、取付座123側の寸
法L1(受座部123aの上面とカソードスペーサリン
グ121の下面との間の寸法)とGTO100側の寸法
L2(ゲート端子101の根元部分の下面とカソード電
極103の下面との間の寸法)との間にL1>L2(例
えばL1=L2+0.1mm)の関係が成立するよう
に、寸法設定することにより以下の効果が得られる。即
ち、導体板120とともにGTO100をスタックに組
み上げ取付枠210により圧接されたとき、その圧接に
よる力がゲート端子101を介して取付座123側に伝
達されるが、上記の寸法関係としておくことにより、上
記力は、導体板120と取付座123とで配線基板11
0およびカソードスペーサリング121を圧縮する方向
の力となり、皿ネジ122およびボルト125による締
付力を阻害することなく、これら取付機構の長期安定性
が確保される。
Further, as shown in FIG. 19, the dimension L1 on the side of the mounting seat 123 (dimension between the upper surface of the receiving portion 123a and the lower surface of the cathode spacer ring 121) and the dimension L2 on the side of the GTO 100 (root portion of the gate terminal 101). The following effects can be obtained by setting the dimensions such that the relationship of L1> L2 (for example, L1 = L2 + 0.1 mm) is established between the bottom surface of the cathode electrode 103 and the bottom surface of the cathode electrode 103. That is, when the GTO 100 is assembled together with the conductor plate 120 into a stack and pressure-contacted by the mounting frame 210, the force generated by the pressure-contact is transmitted to the mounting seat 123 side through the gate terminal 101. The above-mentioned force is applied to the wiring board 11 by the conductor plate 120 and the mounting seat 123.
0 and a force in the direction of compressing the cathode spacer ring 121, and long-term stability of these attachment mechanisms is ensured without inhibiting the tightening force of the flat head screw 122 and the bolt 125.

【0100】なお、このボルト125に関して言えば、
図19では、取付座123に有底のネジ穴を形成し、こ
れにボルト125を螺合して締め付ける構造としている
が、取付座123に上部へ貫通する丸穴を形成し、別途
ナットを用いてボルト125とで締め付ける構造として
もよいのは勿論である。これは、先の実施の形態1およ
び後述の形態例の場合も同様である。
Regarding the bolt 125,
In FIG. 19, a screw hole having a bottom is formed on the mounting seat 123, and a bolt 125 is screwed into the screw hole to tighten the screw hole. However, a round hole penetrating to the upper part is formed on the mounting seat 123, and a nut is used separately. Needless to say, the structure may be such that it is tightened with the bolt 125. This is the same in the case of the first embodiment and the example of the mode described later.

【0101】実施の形態3.図20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の要部を示す構
成図である。この形態3では、カソードスペーサリング
121を先の形態のものより小形化している。即ち、ゲ
ート押えリング127に対向する部分のみの形状とし、
図に示す皿ネジ122とナット129とにより配線基板
110、カソードスペーサリング121および導体板1
20の三者を締め付け一体化している。これにより、カ
ソードスペーサリング121および導体板120を介し
て第2の導電層112、114とGTO100のカソー
ド電極103とが電気的に接続される。なお、この際、
皿ネジ122と第1の導電層111、113との電気的
絶縁を確保するため、図に断面で示すような、各導電層
のパターニング設定がなされる。
Third embodiment. 20 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a third embodiment of the present invention. In this form 3, the cathode spacer ring 121 is made smaller than that of the previous form. That is, the shape of only the portion facing the gate pressing ring 127,
The wiring board 110, the cathode spacer ring 121, and the conductor plate 1 are formed by using countersunk screws 122 and nuts 129 shown in the figure.
Twenty three are tightened and integrated. As a result, the second conductive layers 112 and 114 and the cathode electrode 103 of the GTO 100 are electrically connected via the cathode spacer ring 121 and the conductor plate 120. At this time,
In order to ensure electrical insulation between the flat head screw 122 and the first conductive layers 111 and 113, patterning of each conductive layer is set as shown in the cross section in the figure.

【0102】一方、ボルト125は取付座123と配線
基板110との二者のみを締め付け一体化する。ここで
も、皿ネジ122の場合と同様、各導電層のパターニン
グ設定を適当に行うことにより、ボルト125と第2の
導電層112、114との電気的絶縁を確保している。
従って、図16で使用した絶縁スペーサ126が不要と
なる利点がある。
On the other hand, the bolt 125 tightens and integrates only the mounting seat 123 and the wiring board 110. Here, as in the case of the countersunk screw 122, the electrical insulation between the bolt 125 and the second conductive layers 112 and 114 is secured by appropriately setting the patterning of each conductive layer.
Therefore, there is an advantage that the insulating spacer 126 used in FIG. 16 is unnecessary.

【0103】実施の形態4.図21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の要部を示す構
成図である。先の形態例と異なるところは、ゲート押え
リング127の下面、即ち、圧接側端面に蟻溝状の凹部
を形成し、この凹部に弾性材からなる弾性接触子130
を取り付けた点である。これにより、ゲート押えリング
127による締め付け力が比較的小さくても、ゲート端
子101の全周にわたってほぼ均等な圧接力が働く。従
って、ゲート端子101の着脱の作業が簡便になるとと
もに、ゲート全周にわたって均一により安定した接触状
態が得られる。
Fourth Embodiment 21 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that a dovetail-shaped recess is formed on the lower surface of the gate pressing ring 127, that is, the end surface on the pressure contact side, and the elastic contactor 130 made of an elastic material is formed in this recess.
Is the point where it was attached. As a result, even if the tightening force by the gate pressing ring 127 is relatively small, a substantially uniform pressure contact force works over the entire circumference of the gate terminal 101. Therefore, the work of attaching / detaching the gate terminal 101 is simplified, and a more stable contact state can be obtained over the entire circumference of the gate.

【0104】なお、図21は、受座部123aを有する
図19に示す形態例のものに弾性接触子130を追設し
た例であるが、図16等他の形態例のものにも同様に適
用することができる。
Note that FIG. 21 shows an example in which the elastic contactor 130 is additionally provided to the example of the form shown in FIG. 19 having the seat portion 123a, but similarly to the example of other forms such as FIG. Can be applied.

【0105】実施の形態5.図22はこの発明の実施の
形態5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。ここでは、ゲート押えリングによる締め付
けの作業の簡便化を追求している。同図(1)はゲート
ドライバ200を含む全体を側面から見た図、同図
(2)は要部の断面図である。この形態例では、取付座
123とゲート押えリング127のいずれにもネジは形
成していない。ネジに替って、取付座123には、図に
示すように螺旋状に延在するガイド131が形成されて
おり、ゲート押えリング127の外周にはこのガイド1
31に係合するピン132が突設されている。なお、こ
れらガイド131およびピン132は、図示は省略して
いるが、周方向に均等間隔で例えば4個所に設けられて
いる。
Embodiment 5. FIG. 22 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a fifth embodiment of the present invention. Here, we are pursuing the simplification of the work of tightening with the gate pressing ring. FIG. 1A is a side view of the whole including the gate driver 200, and FIG. 2B is a cross-sectional view of a main part. In this embodiment, no screw is formed on either the mounting seat 123 or the gate pressing ring 127. Instead of screws, the mounting seat 123 is formed with a guide 131 that extends spirally as shown in the figure, and the guide 1 is provided on the outer periphery of the gate pressing ring 127.
A pin 132 that engages with 31 is provided in a protruding manner. Although not shown, the guides 131 and the pins 132 are provided at equal intervals in the circumferential direction, for example, at four locations.

【0106】締め付けの作業としては、先ず、ピン13
2がガイド131の上端位置に来るようにし、そこか
ら、ピン132がガイド131内に嵌まるようにしてゲ
ート押えリング127を回動させる。この結果、ゲート
押えリング127はガイド131の傾斜に応じて軸方向
に降下し、やがて、ゲート端子101を圧接して停止す
る。従って、ガイド131の傾斜角を適当に設定するこ
とにより、先のネジを利用した形態例のものに比較し
て、少ない回動角でゲート端子101の圧接接続が可能
となり、この作業性が改善される。
For the tightening work, first, the pin 13
2 is located at the upper end position of the guide 131, and the gate pressing ring 127 is rotated from there so that the pin 132 fits in the guide 131. As a result, the gate pressing ring 127 descends in the axial direction according to the inclination of the guide 131, and eventually contacts the gate terminal 101 by pressure and stops. Therefore, by appropriately setting the inclination angle of the guide 131, the gate terminal 101 can be pressure-contacted and connected with a smaller rotation angle as compared with the above-described example using the screw, and this workability is improved. To be done.

【0107】もっとも、先の形態例のところでは説明し
ていないが、ネジを利用したものであっても、例えば、
取付座123とゲート押えリング127との両者に、そ
れぞれ4本のネジ溝ネジ山を周方向の等間隔の位置から
開始させて形成するようにすれば、ゲート押えリング1
27を最大90度回動してやれば雌雄両ネジが係合し、
締め付けの作業が簡便となる。
Although not described in the above embodiment, even if a screw is used, for example,
If the four screw groove threads are formed on both the mounting seat 123 and the gate pressing ring 127 starting from positions at equal intervals in the circumferential direction, the gate pressing ring 1 can be formed.
If you rotate 27 up to 90 degrees, both male and female screws will engage,
The tightening work becomes simple.

【0108】なお、図22では、ガイド131は取付座
123をその径方向に貫通したものとしているが、貫通
せず、内周側に開口した形状のものとしてもよいことは
勿論である。
Although the guide 131 penetrates the mounting seat 123 in the radial direction in FIG. 22, it is of course possible that the guide 131 does not penetrate the mounting seat 123 and is open to the inner peripheral side.

【0109】図23は、先の図19の形態例のものにガ
イド−ピン構造を採用したもので、他は図22の場合と
同様であるのでそれ以上の説明は省略する。図24は、
先の図21の形態例のものにガイド−ピン構造を採用し
たもので、同様に説明は省略する。
FIG. 23 shows a structure in which the guide-pin structure is adopted in the embodiment of FIG. 19 described above, and the other parts are the same as the case of FIG. Figure 24 shows
Since the guide-pin structure is adopted in the example of the embodiment shown in FIG. 21, the description thereof will be omitted.

【0110】実施の形態6.図25はこの発明の実施の
形態6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。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2
5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。ま
た、導体板120はGTO100とは分離されたものと
なっている。従って、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。
Sixth Embodiment 25 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the configuration of the cathode of the GTO 100 is largely different from the previous embodiment. That is, FIG.
In the case of No. 5, the cathode electrode 103 for passing the main current is used.
Separately from the cathode terminal 105 for connecting the gate driver
Has been added. 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. In addition, the conductor plate 120 is separated from the GTO 100. Therefore, since the cooling fin 203 can be directly brought into contact with the cathode electrode 103,
The heat transfer of heat dissipation is improved.

【0111】次に図26は、圧接部近傍の配線基板11
0の断面を示す。ここでは、配線基板110の上面の
内、取付座123と当接する部分は第1の導電層111
が露出しているが、ゲート押えリング127の下方のカ
ソード端子105と当接する部分は、第2の導電層11
2、114と接続された導電層が露出している。そし
て、両露出導電層間は電気的に絶縁されるよう、配線基
板110のパターニング設定がなされている。
Next, FIG. 26 shows a wiring board 11 near the pressure contact portion.
A cross section of 0 is shown. Here, a portion of the upper surface of the wiring board 110 that abuts the mounting seat 123 is the first conductive layer 111.
Is exposed, but the portion of the gate pressing ring 127 that contacts the cathode terminal 105 is the second conductive layer 11
The conductive layer connected to 2, 114 is exposed. The wiring substrate 110 is patterned so that the exposed conductive layers are electrically insulated.

【0112】従って、この形態例では、ゲート押えリン
グ127を取付座123に螺合させゲート端子101お
よびカソード端子105を圧接することにより、ゲート
端子101はゲート押えリング127、取付座123お
よび第1の導電層111、113を経てゲートドライバ
のゲート側出力端子に接続されることになる。また、カ
ソード端子105は配線基板110の最上層の導電層か
ら第2の導電層112、114を経てゲートドライバの
カソード側出力端子に接続されることになる。
Therefore, in this embodiment, the gate pressing ring 127 is screwed into the mounting seat 123 and the gate terminal 101 and the cathode terminal 105 are pressed against each other. Will be connected to the gate side output terminal of the gate driver via the conductive layers 111 and 113. Further, the cathode terminal 105 is connected to the cathode side output terminal of the gate driver through the uppermost conductive layer of the wiring board 110 and the second conductive layers 112 and 114.

【0113】図27は、図25、26で説明したゲート
端子101、カソード端子105を備えたGTO100
の更に変形例である。図において、121Aは絶縁部材
からなるスペーサリングである。先に説明した図20の
形態例と類似するが、ここでは、ゲートドライバへの接
続は、ゲート端子101側は勿論、カソード端子105
側もこれと直接当接する配線基板110を経て行われる
ので、スペーサリング121Aを絶縁部材で構成するこ
とにより、絶縁スペーサ126が不要となる簡単な構造
となり、しかもスペーサリング121Aにより配線基板
110端部が補強されることになる。
FIG. 27 shows a GTO 100 having the gate terminal 101 and the cathode terminal 105 described with reference to FIGS.
Is a further modified example. In the figure, 121A is a spacer ring made of an insulating member. Although similar to the embodiment shown in FIG. 20 described above, the connection to the gate driver is made not only on the gate terminal 101 side but also on the cathode terminal 105 here.
Since the side is also performed through the wiring substrate 110 that directly abuts against this, by forming the spacer ring 121A with an insulating member, a simple structure in which the insulating spacer 126 is not necessary is obtained. Will be reinforced.

【0114】実施の形態7.図28はこの発明の実施の
形態7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。ここでは、先の可動側部材であるゲート押
えリング127をゲート端子101と一体化している。
固定側部材である取付座123は先の形態例と変わると
ころがない。従って、雌雄両ネジの場合は、GTO10
0自体を回動させて行うことになる。部品点数が減少す
る利点がある。
Seventh Embodiment 28 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a seventh embodiment of the present invention. Here, the gate pressing ring 127 which is the movable side member is integrated with the gate terminal 101.
The mounting seat 123, which is the fixed-side member, is no different from the previous embodiment. Therefore, in the case of both male and female screws, GTO10
It will be performed by rotating 0 itself. There is an advantage that the number of parts is reduced.

【0115】同図(1)〜(4)は、ゲート押えリング
127とゲート端子101との一体化を図る構成例を示
すもので、いずれも両者の接合部分のみを図示してい
る。同図(1)は、両者をロー付で接合するもの、同図
(2)は両者をスポット溶接で接合するものである。ま
た、同図(3)はゲート端子101にプレス加工でテー
パ部を有する穴を形成し、皿ネジ107で締め付け両者
を一体化するものである。ゲート端子101に薄板を使
用する場合に適用する。また、同図(4)はゲート端子
101に座ぐりを形成し皿ネジ107で締め付け両者を
一体化するもので、ゲート端子101に厚板を使用する
場合に適用する。
FIGS. 1 (1) to 4 (4) show an example of a structure in which the gate pressing ring 127 and the gate terminal 101 are integrated with each other, and all of them show only the joint portion between them. The same figure (1) joins both by brazing, and the same figure (2) joins both by spot welding. Further, in FIG. 3C, a hole having a tapered portion is formed in the gate terminal 101 by press working, and a countersunk screw 107 is tightened to integrate both. It is applied when a thin plate is used for the gate terminal 101. Further, FIG. 4 (4) shows a case where a counterbore is formed in the gate terminal 101 and is tightened with a flat head screw 107 to integrate the both, and is applied when a thick plate is used for the gate terminal 101.

【0116】実施の形態8.図29はこの発明の実施の
形態8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。ここでは、新たに弾性部材からなる弾性ワ
ッシャ133を採用し、これをゲート押えリング127
とゲート端子101との間に挿入するようにしている。
同図(1)および(2)にその弾性ワッシャ133単体
の平面図および側面図を示し、同図(3)にその弾性ワ
ッシャ133を適用した場合の要部の断面図を示す。図
に示すように、弾性ワッシャ133は波状に形成されて
おり、ゲート押えリング127を取付座123に螺合回
動することにより、ゲート端子101とともに圧接され
て変形しその軸方向高さが収縮して蓄勢状態となる。そ
して、この蓄勢力がゲート端子101の全周にわたって
ほぼ均一に働くので、ゲート押えリング127の締め付
け管理を適正に行うようにすれば、接触部分の平面度に
多少の歪が存在しても、弾性ワッシャ133が接触面の
各部の形状に添う形に変形し、ゲート端子101と配線
基板110との電気的接続がより均一で確実になされ、
また、接触状態も安定したものとなる。
Eighth Embodiment FIG. 29 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to an eighth embodiment of the present invention. Here, an elastic washer 133 newly made of an elastic member is adopted, and this is used for the gate pressing ring 127.
And the gate terminal 101.
FIGS. 1A and 2B are a plan view and a side view of the elastic washer 133 alone, and FIG. 3C is a cross-sectional view of a main part when the elastic washer 133 is applied. As shown in the figure, the elastic washer 133 is formed in a wave shape, and when the gate pressing ring 127 is screw-rotated with the mounting seat 123, the elastic washer 133 is pressed and deformed together with the gate terminal 101, and its axial height is contracted. And it becomes a state of energy accumulation. Since this accumulated force acts almost uniformly over the entire circumference of the gate terminal 101, if the gate pressing ring 127 is properly tightened and managed, even if there is some distortion in the flatness of the contact portion. , The elastic washer 133 is deformed to conform to the shape of each part of the contact surface, and the electrical connection between the gate terminal 101 and the wiring board 110 is made more uniform and reliable,
Also, the contact state becomes stable.

【0117】なお、図29では、この弾性ワッシャ13
3を先の形態1の図16の構造のものに適用した場合に
ついて説明しているが、先行の他の形態例のものにも適
用できることは勿論である。また、挿入する弾性ワッシ
ャ133の枚数は、1枚に限らず、ゲート端子101ま
たはゲート端子101およびカソード端子105の両面
に各1枚、計2枚挿入するようにしてもよい。
In FIG. 29, this elastic washer 13
The case where 3 is applied to the structure of FIG. 16 of the first embodiment has been described, but it goes without saying that it can also be applied to the other example of the preceding embodiment. Further, the number of elastic washers 133 to be inserted is not limited to one, and one may be inserted on each of the gate terminal 101 or both surfaces of the gate terminal 101 and the cathode terminal 105, that is, two in total.

【0118】実施の形態9.図30はこの発明の実施の
形態9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。ここでは、GTO100のゲート端子10
1自体を圧接時軸方向に変形収縮して蓄勢状態となる弾
性部材で構成するものである。即ち、同図(1)はその
平面図、同図(2)はその側面図である。図に示すよう
に、ゲート端子101Aは多翼ターボファンのように、
周方向に多数の形成された羽根状片108群からなり、
各羽根状片108は所定の勾配にねじられており、軸方
向に圧接された時、各羽根状片108が個々に変形して
蓄勢状態となる。そして、この蓄勢力がゲート端子10
1Aの全周にわたってほぼ均一に働くので、ゲート押え
リング127の締め付け管理を適正に行うようにすれ
ば、ゲート押えリング127や配線基板110の当接部
の平面度に多少の歪が存在しても、各羽根状片108が
接触面の各部の形状に添う形で変形し、ゲート端子10
1Aと配線基板110との電気的接続がより均一で確実
になされ、また、接触状態も安定したものとなる。図2
9に示した弾性ワッシャ133など部品点数が増えない
利点もある。
Ninth Embodiment 30 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a ninth embodiment of the present invention. Here, the gate terminal 10 of the GTO 100
1 itself is configured by an elastic member that is deformed and contracted in the axial direction during pressure contact to be in a stored state. That is, FIG. 1A is its plan view and FIG. 2B is its side view. As shown in the figure, the gate terminal 101A is like a multi-blade turbofan,
Consisting of a large number of blade-shaped pieces 108 formed in the circumferential direction,
Each wing-shaped piece 108 is twisted at a predetermined gradient, and when pressed in the axial direction, each wing-shaped piece 108 is individually deformed to be in a stored state. This accumulated force is applied to the gate terminal 10
Since it works almost uniformly over the entire circumference of 1A, if the tightening control of the gate pressing ring 127 is properly performed, the flatness of the abutting portion of the gate pressing ring 127 and the wiring board 110 will have some distortion. Also, each blade-like piece 108 is deformed in a shape conforming to the shape of each part of the contact surface, and the gate terminal 10
The electrical connection between 1A and the wiring board 110 is made more uniform and reliable, and the contact state becomes stable. Figure 2
There is also an advantage that the number of parts such as the elastic washer 133 shown in 9 does not increase.

【0119】図31は図30に示すゲート端子の更に変
形例で、ここでのゲート端子101Bは、図に示すよう
に、周方向に波状に成形された弾性部材からなり、図3
0に示すゲート端子101Aと同等の効果を奏するもの
である。
FIG. 31 is a further modification of the gate terminal shown in FIG. 30, in which the gate terminal 101B is made of an elastic member formed in a wave shape in the circumferential direction, as shown in FIG.
The same effect as the gate terminal 101A shown in FIG.

【0120】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32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101C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. 32, a plurality of terminal pieces 109 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the GTO 100. Thus, the present invention can be similarly applied to the gate terminal 101C having a form that extends discontinuously in the circumferential direction, and has the same effect.

【0121】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.

【0122】[0122]

【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、互いに係合する
一対の固定側部材と可動側部材とからなり、上記固定側
部材は電流路に固定され、上記可動側部材は回動するこ
とにより上記回動軸の軸方向に移動し上記ゲート端子を
上記軸方向に圧接して上記ゲート端子と上記電流路とを
電気的に接続するゲート接続手段を備えたので、単一の
可動側部材を回動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となる。
As described above, the semiconductor switching device according to the first aspect of the invention has the semiconductor switching element provided with the gate terminal extending in the circumferential direction, and the pair of fixed side member and movable side member engaging with each other. The fixed-side member is fixed to the current path, the movable-side member is rotated to move in the axial direction of the rotating shaft, and the gate terminal is pressed against the gate terminal in the axial direction. And a gate connecting means for electrically connecting the current path to each other, the gate and the current path can be connected / disconnected by simply rotating a single movable member, and the work is extremely simple. Becomes

【0123】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、
上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に雌ネジが形成されたリング状の取付座、および外周に
形成された雄ネジを上記取付座の雌ネジに螺合させるこ
とにより上記ゲート端子を軸方向に圧接して上記ゲート
端子と上記第1の導体層とを電気的に接続するゲート押
えリングを備えたので、単一のゲート押えリングの雄ネ
ジを取付座の雌ネジに螺合回動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 the first conductive layer forming the gate side current path and the cathode side current. A wiring board formed by laminating a second conductive layer forming a path with an insulating layer interposed therebetween,
A ring-shaped mounting seat coaxially arranged with the semiconductor switching element on the outer periphery thereof, electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and having female threads formed on the inner periphery, and a male member formed on the outer periphery. Since the screw is screwed into the female screw of the mounting seat, the gate pressing ring axially presses the gate terminal to electrically connect the gate terminal and the first conductor layer to each other. The operation of connecting and disconnecting the gate and the current path can be done by simply turning the male screw of one gate pressing ring onto the female screw of the mounting seat, which makes the work extremely simple and makes it possible to use a wiring board. A low inductance current path is realized.

【0124】請求項3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、
上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に螺旋状に延在するガイドが形成されたリング状の取付
座、および外周に上記取付座のガイドに係合するピンを
突設し回動させることにより上記ゲート端子を軸方向に
圧接して上記ゲート端子と上記第1の導体層とを電気的
に接続するゲート押えリングを備えたので、単一のゲー
ト押えリングのピンを取付座のガイドに係合回動するの
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 includes 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,
A ring-shaped mounting seat that is coaxially arranged with the semiconductor switching element and that is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and that has a guide extending in a spiral shape on the inner periphery, and an outer periphery. A gate pressing ring for projecting a pin engaging with the guide of the mounting seat and rotating the pin to axially press the gate terminal to electrically connect the gate terminal to the first conductor layer. Since it is equipped with, it is possible to connect and disconnect the gate and the current path only by the operation of engaging and rotating the pin of the single gate pressing ring with the guide of the mounting seat,
The work is extremely simple, and the use of a wiring board realizes a low-inductance current path.

【0125】また、請求項4に係る半導体スイッチング
装置は、その配線基板の一方の面に露出させた第1の導
体層が直接ゲート端子に当接するようにしたので、ゲー
ト端子と第1の導電層との電気的接続が確実になされ
る。
Further, in the semiconductor switching device according to the fourth aspect, the first conductor layer exposed on one surface of the wiring substrate is brought into direct contact with the gate terminal, so that the gate terminal and the first conductive layer are electrically connected. An electrical connection with the layer is ensured.

【0126】また、請求項5に係る半導体スイッチング
装置は、その取付座を、配線基板側端部を内径側へ延在
させて形成された受座部を有するものとし、上記受座部
が直接ゲート端子に当接するようにしたので、圧接動作
に伴う力が取付座とゲート押えリングとのみで吸収され
配線基板に伝わらないので、配線基板の信頼性が向上す
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor switching device, the mounting seat has a seat portion formed by extending the end portion on the wiring board side toward the inner diameter side, and the seat portion is directly attached. Since the contact with the gate terminal is made, the force associated with the pressure contact operation is absorbed only by the mounting seat and the gate pressing ring and is not transmitted to the wiring board, so that the reliability of the wiring board is improved.

【0127】また、請求項6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体板、配線基板
を介して取付座およびゲート押えリングと軸方向に対向
して配設され、上記配線基板の他方の面に露出させた第
2の導体層と上記導体板との間に介在するカソードスペ
ーサリング、上記導体板とカソードスペーサリングとを
互いに圧接結合する第1の締付具、および上記取付座と
カソードスペーサリングとで上記配線基板を挟持圧接し
互いに結合する第2の締付具を備えたので、カソードス
ペーサリングの存在で取付座近傍の構造が強固となり信
頼性が向上する。
According to a sixth aspect of the semiconductor switching device of the present invention, there is provided a mounting plate, a gate pressing ring and a shaft via a conductor plate which is in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and fixed by being pressed in the axial direction. Direction, the cathode spacer ring interposed between the second conductor layer exposed on the other surface of the wiring board and the conductor plate, and the conductor plate and the cathode spacer ring are pressed against each other. Since the first fastening tool to be joined and the second fastening tool to sandwich and press-contact the wiring board with the mounting seat and the cathode spacer ring to join with each other are provided, the presence of the cathode spacer ring results in the vicinity of the mounting seat. The structure is strong and reliability is improved.

【0128】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体板、配線基板
を介してゲート押えリングと軸方向に対向して配設さ
れ、上記配線基板の他方の面に露出させた第2の導体層
と上記導体板との間に介在するカソードスペーサリン
グ、上記配線基板と取付座とを互いに圧接結合する第1
の締付具、および上記配線基板と導体板とで上記カソー
ドスペーサリングを挟持圧接し互いに結合する第2の締
付具を備えたので、配線基板の強度を利用してカソード
スペーサリングの小形化が実現する。
According to a seventh aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the semiconductor switching device is axially opposed to the gate pressing ring via the conductor plate and the wiring substrate which are in contact with the cathode electrode of the semiconductor switching element and fixed by being pressed in the axial direction. And a cathode spacer ring interposed between the second conductor layer exposed on the other surface of the wiring board and the conductor plate, and a first spacer for press-connecting the wiring board and the mounting seat to each other.
, And the second fastener for sandwiching and pressing the cathode spacer ring between the wiring board and the conductor plate to join them together, the size of the cathode spacer ring can be reduced by utilizing the strength of the wiring board. Will be realized.

【0129】請求項8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、上記半導体スイッチング
素子と同軸でその外周に配設され上記配線基板の第1の
導体層と電気的に接続され内周に雌ネジが形成されたリ
ング状の取付座、および外周に形成された雄ネジを上記
取付座の雌ネジに螺合させることにより上記ゲート端子
およびカソード端子を軸方向に圧接して上記ゲート端子
と上記第1の導体層、および上記カソード端子と上記第
2の導体層をそれぞれ電気的に接続するゲート押えリン
グを備えたので、単一のゲート押えリングの雄ネジを取
付座の雌ネジに螺合回動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。
A semiconductor switching device according to an eighth aspect is provided with 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 extending in the circumferential direction 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 via an insulating layer, and is coaxial with the semiconductor switching element. A ring-shaped mounting seat, which is disposed on the outer periphery of the mounting seat, is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and has a female screw formed on the inner periphery thereof, and a male screw formed on the outer periphery of the ring-shaped mounting seat. A gate that is screwed onto a screw to press the gate terminal and the cathode terminal in the axial direction to electrically connect the gate terminal and the first conductor layer, and the cathode terminal and the second conductor layer, respectively. Since the presser ring is provided, the gate and cathode can be connected / disconnected with the current path by simply turning the male screw of the single gate presser ring onto the female screw of the mounting seat. Simply With, 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.

【0130】請求項9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、上記半導体スイッチング
素子と同軸でその外周に配設され上記配線基板の第1の
導体層と電気的に接続され内周に螺旋状に延在するガイ
ドが形成されたリング状の取付座、および外周に上記取
付座のガイドに係合するピンを突設し回動させることに
より上記ゲート端子およびカソード端子を軸方向に圧接
して上記ゲート端子と上記第1の導体層、および上記カ
ソード端子と上記第2の導体層をそれぞれ電気的に接続
するゲート押えリングを備えたので、単一のゲート押え
リングのピンを取付座のガイドに係合回動するのみの操
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 ninth 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 via an insulating layer, and is coaxial with the semiconductor switching element. A ring-shaped mounting seat provided on the outer periphery thereof and electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and having a guide extending spirally on the inner periphery, and a guide for the mounting seat on the outer periphery. The gate terminal and the cathode terminal are pressed against each other in the axial direction by projecting and rotating the engaging pin, and the gate terminal and the first conductor layer, and the cathode terminal and the second conductor layer, respectively. Since the gate retainer ring to be electrically connected is provided, it is possible to connect / disconnect the gate / cathode and the current path by only the operation of engaging and rotating the pin of the single gate retainer ring with the guide of the mounting seat. That work Together becomes very 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.

【0131】また、請求項10に係る半導体スイッチン
グ装置は、その配線基板の一方の面に互いに絶縁した状
態で第1の導体層および第2の導体層を露出させ、これ
ら露出した第1の導体層および第2の導体層に直接それ
ぞれ取付座およびカソード端子が当接するようにしたの
で、ゲート押えリングによりゲート端子およびカソード
端子を圧接することにより、両端子がそれぞれ第1およ
び第2の導電層に確実に接続される。
According to a tenth aspect of the semiconductor switching device of the present invention, the first conductor layer and the second conductor layer are exposed on one surface of the wiring board in a mutually insulated state, and the exposed first conductor layer is exposed. Since the mounting seat and the cathode terminal are brought into direct contact with the first layer and the second conductor layer, respectively, by pressing the gate terminal and the cathode terminal with the gate pressing ring, both terminals respectively have the first and second conductive layers. Securely connected to.

【0132】また、請求項11に係る半導体スイッチン
グ装置は、その配線基板を介して取付座およびゲート押
えリングと軸方向に対向して配設されたスペーサリン
グ、および上記取付座とスペーサリングとで上記配線基
板を挟持圧接し互いに結合する締付具を備えたので、ス
ペーサリングの存在で取付座近傍の構造が強固となり信
頼性が向上する。
According to the eleventh aspect of the semiconductor switching device of the present invention, there is provided a spacer ring arranged axially opposite the mounting seat and the gate pressing ring via the wiring board, and the mounting seat and the spacer ring. Since the clamps for sandwiching and pressing the wiring boards into contact with each other are provided, the structure in the vicinity of the mounting seat becomes strong due to the presence of the spacer ring, and the reliability is improved.

【0133】また、請求項12に係る半導体スイッチン
グ装置は、そのゲート押えリングを、半導体スイッチン
グ素子のゲート端子に一体に固着する構成としたので、
部品点数が減少し構造が簡単となる。
Further, in the semiconductor switching device according to the twelfth aspect, since the gate pressing ring is integrally fixed to the gate terminal of the semiconductor switching element,
The number of parts is reduced and the structure is simplified.

【0134】また、請求項13に係る半導体スイッチン
グ装置は、そのゲート押えリングの圧接側端面に弾性接
触子を取付け、圧接時上記弾性接触子が蓄勢状態となる
ようにしたので、ゲート押えリングの締め付けが緩くて
もゲート端子に均等な圧接力がかかり安定した接触状態
が得られる。
Further, in the semiconductor switching device according to the thirteenth aspect, since the elastic contactor is attached to the end surface of the gate pressing ring on the pressure contact side so that the elastic contactor is in the energy storage state during the pressure contact, the gate pressing ring. Even if the screws are loosely tightened, a uniform pressure contact force is applied to the gate terminal and a stable contact state can be obtained.

【0135】また、請求項14に係る半導体スイッチン
グ装置は、弾性部材からなり、ゲート押えリングとゲー
ト端子との間に挿入され、圧接時軸方向に変形収縮して
蓄勢状態となる弾性ワッシャを備えたので、ゲート押え
リングの締め付けが緩くてもゲート端子に均等な圧接力
がかかり安定した接触状態が得られる。
The semiconductor switching device according to a fourteenth aspect of the invention comprises an elastic washer which is made of an elastic member, is inserted between the gate pressing ring and the gate terminal, and is deformed and shrunk in the axial direction when pressed to be in a stored state. Since it is provided, even if the gate pressing ring is loosely tightened, a uniform pressure contact force is applied to the gate terminal and a stable contact state can be obtained.

【0136】また、請求項15に係る半導体スイッチン
グ装置は、そのゲート端子を、圧接時軸方向に変形収縮
して蓄勢状態となる弾性部材で構成したので、部品点数
を増すことなく、ゲート押えリングの締め付けが緩くて
もゲート端子に均等な圧接力がかかり安定した接触状態
が得られる。
Further, in the semiconductor switching device according to the fifteenth aspect, since the gate terminal is constituted by the elastic member which is deformed and contracted in the axial direction during the pressure contact to be in the energy storage state, the gate retainer is increased without increasing the number of parts. Even if the ring is loosely tightened, a uniform pressure contact force is applied to the gate terminal and a stable contact state can be obtained.

【0137】また、請求項16に係る半導体スイッチン
グ装置は、その配線基板を、第1および第2の導体層を
複数対、上記両導体層を交互に積層してなるものとし、
半導体スイッチング素子との接続位置近傍において、上
記第1の導体層同士および第2の導体層同士をスルーホ
ールで互いに電気的に接続するようにしたので、電流路
の低インダクタンス化を一層徹底され、ターンオフ電流
の供給が一層容易となる。
Further, in a semiconductor switching device according to a sixteenth aspect of the present invention, the wiring board has a plurality of pairs of first and second conductor layers, and the conductor layers are alternately laminated.
Since the first conductor layers are electrically connected to each other and the second conductor layers are electrically connected to each other through the through holes in the vicinity of the connection position with the semiconductor switching element, it is possible to further thoroughly reduce the inductance of the current path. It becomes easier to supply the turn-off current.

【0138】請求項17に係る半導体スタック装置およ
び請求項18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。
The semiconductor stack device according to the seventeenth aspect and the power conversion device according to the eighteenth aspect can provide a semiconductor stack device and a power conversion device having the above semiconductor switching elements and having particularly good workability in gate connection. .

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

【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
イッチング装置の要部を示す構成図である。
FIG. 16 is a configuration diagram showing a main part of the semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention.

【図17】 図16の一部を拡大して示す断面図であ
る。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a part of FIG. 16 in an enlarged manner.

【図18】 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. 18 is a configuration diagram showing a semiconductor stack device using the semiconductor switching device of FIG. 16.

【図19】 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。
FIG. 19 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a second embodiment of the present invention.

【図20】 この発明の実施の形態3における半導体ス
イッチング装置の要部を示す構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a third embodiment of the present invention.

【図21】 この発明の実施の形態4における半導体ス
イッチング装置の要部を示す構成図である。
FIG. 21 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図22】 この発明の実施の形態5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。
FIG. 22 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図23】 この発明の実施の形態5における半導体ス
イッチング装置の図22とは異なる変形例を示す構成図
である。
FIG. 23 is a configuration diagram showing a modification of the semiconductor switching device according to the fifth embodiment of the present invention, which is different from that in FIG. 22.

【図24】 この発明の実施の形態5における半導体ス
イッチング装置の図22とは異なる変形例を示す構成図
である。
FIG. 24 is a configuration diagram showing a modification of the semiconductor switching device according to the fifth embodiment of the present invention, which is different from FIG. 22.

【図25】 この発明の実施の形態6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。
FIG. 25 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図26】 図25の一部を拡大して示す断面図であ
る。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing an enlarged part of FIG. 25.

【図27】 この発明の実施の形態6における半導体ス
イッチング装置の図25とは異なる変形例を示す構成図
である。
FIG. 27 is a configuration diagram showing a modification of the semiconductor switching device according to the sixth embodiment of the present invention, which is different from that in FIG. 25.

【図28】 この発明の実施の形態7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。
FIG. 28 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図29】 この発明の実施の形態8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。
FIG. 29 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図30】 この発明の実施の形態9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。
FIG. 30 is a configuration diagram showing a main part of a semiconductor switching device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図31】 この発明の実施の形態9における半導体ス
イッチング装置の図30とは異なる変形例を示す構成図
である。
FIG. 31 is a configuration diagram showing a modification of the semiconductor switching device according to the ninth embodiment of the present invention, which is different from FIG. 30.

【図32】 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. 32 is a diagram showing a modification of the gate terminal 101 extending in the circumferential direction.

【図33】 従来装置の回路を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing a circuit of a conventional device.

【図34】 従来回路による実測波形を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing measured waveforms of a conventional circuit.

【図35】 従来のGTO素子パッケージの断面図であ
る。
FIG. 35 is a cross-sectional view of a conventional GTO device package.

【図36】 従来のGTO素子パッケージの外観を示す
平面図である。
FIG. 36 is a plan view showing the appearance of a conventional GTO device package.

【図37】 従来の問題点を指摘するための図である。FIG. 37 is a diagram for pointing out a conventional problem.

【図38】 従来の問題点を指摘するための図である。FIG. 38 is a diagram for pointing out a conventional problem.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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,101B,101C ゲート端
子、102 アノード電極、103 カソード電極、1
05 カソード端子、106 絶縁リング、110 配
線基板、111,113 第1の導電層、112,11
4 第2の導電層、115 絶縁層、116 スルーホ
ール、120 導体板、121 カソードスペーサリン
グ、121A スペーサリング、122 皿ネジ、12
3 取付座、124 雌ネジ、125 ボルト、126
絶縁スペーサ、127 ゲート押えリング、128
雄ネジ、200 ゲートドライバ、203 冷却フィ
ン、210 取付枠、130 弾性接触子、131 ガ
イド、132 ピン、133 弾性ワッシャ。
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, 101B, 101C gate terminal, 102 anode electrode, 103 cathode electrode, 1
05 cathode terminal, 106 insulating ring, 110 wiring board, 111, 113 first conductive layer, 112, 11
4 second conductive layer, 115 insulating layer, 116 through hole, 120 conductor plate, 121 cathode spacer ring, 121A spacer ring, 122 flat head screw, 12
3 mounting seat, 124 female screw, 125 bolt, 126
Insulating spacer, 127 Gate retaining ring, 128
Male screw, 200 gate driver, 203 cooling fin, 210 mounting frame, 130 elastic contactor, 131 guide, 132 pin, 133 elastic washer.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the 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

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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、互いに係合する一対の固定側部
材と可動側部材とからなり、上記固定側部材は上記電流
路に固定され、上記可動側部材は回動することにより上
記回動軸の軸方向に移動し上記ゲート端子を上記軸方向
に圧接して上記ゲート端子と上記電流路とを電気的に接
続するゲート接続手段を備え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, and comprises a pair of fixed side members and movable side members that engage with each other, the fixed side member being fixed to the current path, and the movable side. The member is provided with a gate connecting means for rotating to move in the axial direction of the rotating shaft to press the gate terminal in the axial direction to electrically connect the gate terminal and the current path. Characteristic semiconductor switching device.
【請求項2】 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、 上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に雌ネジが形成されたリング状の取付座、および外周に
形成された雄ネジを上記取付座の雌ネジに螺合させるこ
とにより上記ゲート端子を軸方向に圧接して上記ゲート
端子と上記第1の導体層とを電気的に接続するゲート押
えリングを備え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 ring formed by stacking layers through layers, the ring being provided coaxially with the semiconductor switching element on the outer circumference thereof and electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and having a female screw formed on the inner circumference. The mounting terminal and the male screw formed on the outer circumference are screwed into the female screw of the mounting seat to press the gate terminal in the axial direction and Semiconductor switching device characterized by comprising a gate retaining ring for electrically connecting the over preparative terminal and said first conductive layer.
【請求項3】 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、 上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に螺旋状に延在するガイドが形成されたリング状の取付
座、および外周に上記取付座のガイドに係合するピンを
突設し回動させることにより上記ゲート端子を軸方向に
圧接して上記ゲート端子と上記第1の導体層とを電気的
に接続するゲート押えリングを備えたことを特徴とする
半導体スイッチング装置。
3. 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 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 guide that is a wiring board formed by stacking layers through layers, is coaxially arranged with the semiconductor switching element, is arranged on the outer periphery thereof, is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board, and extends spirally on the inner periphery. A ring-shaped mounting seat formed with a pin, and a pin engaging the guide of the mounting seat on the outer periphery of the mounting seat, and the gate terminal is pivoted by rotating the pin. Pressed against the direction semiconductor switching device characterized by comprising a gate retaining ring for electrically connecting the gate terminal and the first conductive layer.
【請求項4】 配線基板の一方の面に露出させた第1の
導体層が直接ゲート端子に当接するようにしたことを特
徴とする請求項2または3記載の半導体スイッチング装
置。
4. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the first conductor layer exposed on one surface of the wiring board is in direct contact with the gate terminal.
【請求項5】 取付座を、配線基板側端部を内径側へ延
在させて形成された受座部を有するものとし、上記受座
部が直接ゲート端子に当接するようにしたことを特徴と
する請求項2または3記載の半導体スイッチング装置。
5. The mounting seat has a seat portion formed by extending an end portion on the wiring board side toward the inner diameter side, and the seat portion is configured to directly contact the gate terminal. The semiconductor switching device according to claim 2 or 3.
【請求項6】 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体板、配線基
板を介して取付座およびゲート押えリングと軸方向に対
向して配設され、上記配線基板の他方の面に露出させた
第2の導体層と上記導体板との間に介在するカソードス
ペーサリング、上記導体板とカソードスペーサリングと
を互いに圧接結合する第1の締付具、および上記取付座
とカソードスペーサリングとで上記配線基板を挟持圧接
し互いに結合する第2の締付具を備えたことを特徴とす
る請求項4または5記載の半導体スイッチング装置。
6. A conductor plate, which is in contact with a cathode electrode of a semiconductor switching element and is pressed and fixed in the axial direction, is fixed so as to be axially opposed to a mounting seat and a gate pressing ring via a wiring board. A cathode spacer ring interposed between the second conductor layer exposed on the other surface of the substrate and the conductor plate, a first fastener for pressure-bonding the conductor plate and the cathode spacer ring to each other, and 6. The semiconductor switching device according to claim 4, further comprising a second tightening tool that clamps and presses the wiring board with the mounting seat and the cathode spacer ring to couple the wiring board to each other.
【請求項7】 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体板、配線基
板を介してゲート押えリングと軸方向に対向して配設さ
れ、上記配線基板の他方の面に露出させた第2の導体層
と上記導体板との間に介在するカソードスペーサリン
グ、上記配線基板と取付座とを互いに圧接結合する第1
の締付具、および上記配線基板と導体板とで上記カソー
ドスペーサリングを挟持圧接し互いに結合する第2の締
付具を備えたことを特徴とする請求項4または5記載の
半導体スイッチング装置。
7. A conductor plate, which is in contact with a cathode electrode of a semiconductor switching element and is pressed and fixed in an axial direction, is fixed so as to be axially opposed to a gate pressing ring via a wiring board, and the other side of the wiring board is provided. A cathode spacer ring interposed between the second conductor layer exposed on the surface of the substrate and the conductor plate, and a first spacer for press-connecting the wiring board and the mounting seat to each other.
6. The semiconductor switching device according to claim 4, further comprising: a second fastening tool for clamping the cathode spacer ring between the wiring board and the conductor plate to press-connect the cathode spacer ring to each other.
【請求項8】 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、 上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に雌ネジが形成されたリング状の取付座、および外周に
形成された雄ネジを上記取付座の雌ネジに螺合させるこ
とにより上記ゲート端子およびカソード端子を軸方向に
圧接して上記ゲート端子と上記第1の導体層、および上
記カソード端子と上記第2の導体層をそれぞれ電気的に
接続するゲート押えリングを備え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 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, and is coaxial with the semiconductor switching element. A ring-shaped mounting seat that is disposed on the outer periphery of the mounting base and is electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and that has a female screw formed on the inner periphery, and a male screw formed on the outer periphery of the mounting seat. The gate terminal and the cathode terminal are pressed against each other in the axial direction by being screwed into the female screw to electrically connect the gate terminal and the first conductor layer, and the cathode terminal and the second conductor layer, respectively. A semiconductor switching device comprising a gate pressing ring.
【請求項9】 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、 上記半導体スイッチング素子と同軸でその外周に配設さ
れ上記配線基板の第1の導体層と電気的に接続され内周
に螺旋状に延在するガイドが形成されたリング状の取付
座、および外周に上記取付座のガイドに係合するピンを
突設し回動させることにより上記ゲート端子およびカソ
ード端子を軸方向に圧接して上記ゲート端子と上記第1
の導体層、および上記カソード端子と上記第2の導体層
をそれぞれ電気的に接続するゲート押えリングを備えた
ことを特徴とする半導体スイッチング装置。
9. 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, and is coaxial with the semiconductor switching element. And a ring-shaped mounting seat formed on the outer periphery thereof and electrically connected to the first conductor layer of the wiring board and formed with a spirally extending guide on the inner periphery, and a guide for the mounting seat on the outer periphery. The gate terminal and the cathode terminal are axially pressed against each other by projecting and rotating a pin that engages with the gate terminal and the first terminal.
And a gate pressing ring for electrically connecting the cathode terminal and the second conductor layer, respectively.
【請求項10】 配線基板の一方の面に互いに絶縁した
状態で第1の導体層および第2の導体層を露出させ、こ
れら露出した第1の導体層および第2の導体層に直接そ
れぞれ取付座およびカソード端子が当接するようにした
ことを特徴とする請求項8または9記載の半導体スイッ
チング装置。
10. A first conductor layer and a second conductor layer are exposed to one surface of a wiring board in a mutually insulated state, and are directly attached to the exposed first conductor layer and second conductor layer, respectively. The semiconductor switching device according to claim 8 or 9, wherein the seat and the cathode terminal are in contact with each other.
【請求項11】 配線基板を介して取付座およびゲート
押えリングと軸方向に対向して配設されたスペーサリン
グ、および上記取付座とスペーサリングとで上記配線基
板を挟持圧接し互いに結合する締付具を備えたことを特
徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載の半導体
スイッチング装置。
11. A spacer ring axially opposed to a mounting seat and a gate pressing ring with a wiring board interposed therebetween, and a tightening for clamping and contacting the wiring board with the mounting seat and the spacer ring to couple them together. The semiconductor switching device according to claim 8, further comprising an attachment.
【請求項12】 ゲート押えリングを、半導体スイッチ
ング素子のゲート端子に一体に固着する構成としたこと
を特徴とする請求項2ないし11のいずれかに記載の半
導体スイッチング装置。
12. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the gate pressing ring is integrally fixed to the gate terminal of the semiconductor switching element.
【請求項13】 ゲート押えリングの圧接側端面に弾性
接触子を取付け、圧接時上記弾性接触子が蓄勢状態とな
るようにしたことを特徴とする請求項2ないし12のい
ずれかに記載の半導体スイッチング装置。
13. The elastic contactor is attached to an end surface of the gate pressing ring on the pressure contact side so that the elastic contactor is in a stored state during pressure contact. Semiconductor switching device.
【請求項14】 弾性部材からなり、ゲート押えリング
とゲート端子との間に挿入され、圧接時軸方向に変形収
縮して蓄勢状態となる弾性ワッシャを備えたことを特徴
とする請求項2ないし12のいずれかに記載の半導体ス
イッチング装置。
14. An elastic washer which is made of an elastic member, is inserted between the gate pressing ring and the gate terminal, and is deformed and contracted in the axial direction during pressure contact to be in a stored state. 13. The semiconductor switching device according to any one of 1 to 12.
【請求項15】 ゲート端子を、圧接時軸方向に変形収
縮して蓄勢状態となる弾性部材で構成したことを特徴と
する請求項2ないし7のいずれかに記載の半導体スイッ
チング装置。
15. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the gate terminal is composed of an elastic member that is deformed and contracted in the axial direction when pressed to be in a stored state.
【請求項16】 配線基板を、第1および第2の導体層
を複数対、上記両導体層を交互に積層してなるものと
し、半導体スイッチング素子との接続位置近傍におい
て、上記第1の導体層同士および第2の導体層同士をス
ルーホールで互いに電気的に接続するようにしたことを
特徴とする請求項2ないし15のいずれかに記載の半導
体スイッチング装置。
16. A wiring board comprising a plurality of pairs of first and second conductor layers and alternating layers of the two conductor layers, wherein the first conductor is provided in the vicinity of a connection position with a semiconductor switching element. 16. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the layers and the second conductor layers are electrically connected to each other through a through hole.
【請求項17】 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ことを特徴とする請求項
1ないし16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。
17. The semiconductor switching device according to claim 1, wherein the semiconductor switching device and a cooling member for radiating heat generated from the semiconductor switching device are stacked and arranged in a mounting frame. Semiconductor stack device using the device.
【請求項18】 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ことを特徴
とする請求項1ないし17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。
18. A power conversion device using the semiconductor switching device according to claim 1, further comprising a gate control device that gate-controls the semiconductor switching element to perform power conversion.
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