JP3535341B2 - 圧接型半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧接型半導体装置に
関し、特にゲート転流型ターンオフサイリスタ（ＧＣ
Ｔ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゲート転流型ターンオフサイリスタ（以
後、ＧＣＴサイリスタと呼称）は、ゲートターンオフサ
イリスタ（以後、ＧＴＯと呼称）と異なり、ゲート逆電
流の上昇率をＧＴＯサイリスタの１００倍程度に高め、
主電流をすべてゲート回路に流して（転流して）ターン
オフ動作を行うものである。

【０００３】図８および図９に、ＧＣＴサイリスタ９０
の断面構成および平面構成を示す。なお、図８は、図９
に示す矢印方向からＧＣＴサイリスタ９０を見た正面図
である。従って、図９の線Ａ−Ａに関する縦断面図が図
８にあたる。

【０００４】図８において、ＧＣＴサイリスタ９０の各
セグメントが形成された半導体基板２８の下側表面の外
周部側に位置する面上に、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の下側表面上には、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。

【０００５】半導体基板２８の下側表面上のカソード電
極２９ｂの下には、カソード歪緩衝板３０およびカソー
ドポスト電極３１が順に配設されている。一方、半導体
基板２８の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）上には、アノード歪緩衝板３２
およびアノードポスト電極３３が順に配設されている。

【０００６】また、半導体基板２８のゲート電極２９ａ
の表面に接するようにリング状ゲート電極３４が配設さ
れており、リング状金属板からなるゲート端子板３８
が、その内周端縁面がリングゲート電極３４と摺動可能
になるように、同電極３４に対して接触・配置されてい
る。

【０００７】そして、ゲート端子板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リング状の弾性
体３５が配設されている。なお、弾性体３５はリング状
絶縁体３６を介してゲート端子板３８を押圧する構成と
なっている。

【０００８】また、リング状ゲート電極３４をカソード
歪緩衝板３０およ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３７が、カソード
歪緩衝板３０およびカソードポスト電極３１の壁面に沿
って配設されている。

【０００９】カソードポスト電極３１の端縁部にはカソ
ードフランジ２６が固着され、アノードポスト電極３３
にはアノードフランジ４０が固着されている。そして、
カソードフランジ２６とアノードフランジ４０との間に
は、ＧＣＴサイリスタ９０の主要部を取り囲むように、
セラミック等の絶縁物で構成された絶縁筒４１が配設さ
れている。絶縁筒４１は、ゲート端子板３８を挟んで上
下に分割されているとともに、沿面距離を長くするため
の突起部４２を有した構成である。従って、ゲート端子
板３８の外周側部分は絶縁筒４１の側面から外部に突出
することになる。なお、絶縁筒４１はゲート端子板３８
の上下表面に気密に固着されている。

【００１０】そして、絶縁筒４１の下側端面に固着され
た接続板４３ａがカソードフランジ２６と気密に固着さ
れ、絶縁筒４１の上側端面に固着された接続板４３ｂが
アノードフランジ４０と気密に固着されており、これに
よってＧＣＴサイリスタ９０が密閉されたパッケージ構
造になっている。なお、この内部は、不活性ガスで置換
されている。

【００１１】また、ゲート端子板３８の端縁部には、取
り付け穴２１が所定の間隔で複数個設けられている。図
９に示すように、ＧＣＴサイリスタ９０の外観は円盤形
状であり、カソードポスト電極３１、カソードフランジ
２６、ゲート端子板３８が順に同心円状に配設されてい
る。

【００１２】ここで、図１０にＧＣＴサイリスタのゲー
トとカソード間に、ゲートターンオン制御電流を発生さ
せるゲートドライバＧＤの外観図を示す。また、図１１
にゲートドライバＧＤにＧＣＴサイリスタ９０を取り付
けた状態の断面図を示す。

【００１３】図１０および図１１において、ゲートドラ
イバ回路部１５からは、ゲートドライバ回路部１５とＧ
ＣＴサイリスタ９０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接続基板７０が延在している。

【００１４】図１０において、接続基板７０にはＧＣＴ
サイリスタ９０を挿入するサイリスタ挿入部７１ととも
に、ＧＣＴサイリスタ９０のゲート端子板３８を固定す
るためのネジ穴２１Ａが設けられている。ＧＣＴサイリ
スタ９０は、サイリスタ挿入部７１にカソードポスト電
極３１が下側になるように挿入され、ゲート端子板３８
の取り付け穴２１とネジ穴２１Ａの位置を合わせ、ネジ
止めで固定される。

【００１５】図１１はＧＣＴサイリスタ９０をゲートド
ライバＧＤに取り付けた状態を模式的に表した図であ
り、図１０の線Ｂ−Ｂに関する縦断面図が図１１にあた
る。なお、図１１においては接続基板７０の構成のみを
断面図として示している。

【００１６】図１１において、接続基板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、ゲートドライバ回
路部１５の内部インダクタンスを低減するためである。
なお、カソードリード基板７３およびゲートリード基板
７２は、ゲートターンオン制御電流の伝達経路となる。

【００１７】また、カソードポスト電極３１およびアノ
ードポスト電極３３の外部には、両者を互いに向き合う
方向に付勢し、カソード歪緩衝板３０およびアノード歪
緩衝板３２を半導体基板２８に圧接するためのカソード
スタック電極ＳＫおよびアノードスタックＳＡが配置さ
れている。

【００１８】以上のように、ＧＣＴサイリスタ９０は、
半導体基板２８上に形成されたゲート電極２９ａ側から
延在するリング状ないし円盤状のゲート端子板３８を有
しており、当該ゲート端子板３８の外周部分を直接ゲー
トドライバＧＤの接続基板７０にネジ７５で固定してい
た。

【００１９】ここで、ＧＣＴサイリスタとゲートドライ
バの動作について説明する。図１２にＧＣＴサイリスタ
と、それを動作させるための回路構成を示す。図１２に
おいて、各参照符号３はＧＣＴサイリスタであり、この
ＧＣＴサイリスタ３のゲート電極３Ｇとカソード電極３
Ｋ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。なお、ゲートドライバ４は先に説
明したゲートドライバ回路部１５と実質的に同じであ
る。

【００２０】ゲートドライバ４は、その駆動電源４ａ
（電源電圧Ｖ_GD（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。

【００２１】このゲートドライバ４は、ＧＣＴサイリス
タ３をターンオンさせるためのターンオン制御電流Ｉ_G
を発生して、配線経路ないしラインＬ１を介してこの電
流Ｉ_Ｇをゲート電極３Ｇに印加する。これに応じて、Ｇ
ＣＴサイリスタ３はオン状態となる。また、符号１１は
ノードであり、９は同装置１０を駆動するための電源、
すなわち主回路用電源（電源電圧Ｖ_ＤＤ）である。

【００２２】他方、符号１は、ＧＣＴサイリスタ３がタ
ーンオンした時に流れる主電流ないし陽極電流Ｉ_Aの上
昇率ｄＩ_A／ｄｔを抑制するためのインダクタンスであ
り、２は、ＧＣＴサイリスタ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。

【００２３】符号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ＧＣＴサイリ
スタ３に対して並列に接続されており、かつＧＣＴサイ
リスタ３がターンオフした時にアノード・カソード電極
間電圧Ｖ_AK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、
上記電圧Ｖ_AKがターンオフ時にＧＣＴサイリスタ３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Ｖ_AKを保持ないしクランプする機能を有す
る。

【００２４】なお、従来のＧＴＯサイリスタでは、ター
ンオフ時に、主電流Ｉ_Aより分流してゲートドライバ４
側へ流入していたが、ＧＣＴサイリスタではゲート逆電
流Ｉ_GQの変化率ないし上昇率（勾配）ｄＩ_GQ／ｄｔの絶
対値を出来る限り大きくして（理想的には、｜ｄＩ_GQ／
ｄｔ｜は∞）、主電流Ｉ_Aの全てをゲート逆電流Ｉ_GQ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。すなわち、主電流Ｉ_Aとゲート逆電流Ｉ_GQとの比
の絶対値で定まるターンオフゲインＧ（＝｜Ｉ_A／Ｉ_GQ
｜）を１以下（Ｇ≦１）に設定することで、主電流Ｉ_A
の全てを、ターンオン制御電流Ｉ_G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ＧＣＴサイリ
スタ３をターンオフさせる。このとき、アノード電極３
Ａからカソード電極３Ｋへ向けて直接ＧＣＴサイリスタ
３内部を流れるカソード電流Ｉ_Kは、直ちに全く流れな
くなる。その意味で、本方式は、主電流Ｉ_Aの分流では
なくて、「主電流Ｉ_Aの転流」を実現しているのであ
る。

【００２５】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Ｖ_GD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ｄＩ_GQ／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｜ｄＩ_GQ／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Ｉ_Aを全てゲートドライバ４側へ
転流させることができる。

【００２６】他方、そのようなゲート逆電流Ｉ_GQ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Ｖ_GD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Ｖ_GD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ｄＩ_GQ／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。

【００２７】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ＧＣＴサ
イリスタ３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。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のＧＣＴサイリスタ９０においては、ゲート逆電流
の上昇率（ｄＩ_GQ／ｄｔ）を増加させるために、ゲート
電極をリング状にすること、および、ＧＣＴサイリスタ
のゲート端子板とゲートドライバとの接触面積を広くし
て、ゲートドライバとＧＣＴサイリスタとの間のトータ
ルインダクタンスを低減する構成としている。

【００２９】しかし、ゲート端子板３８はゲートドライ
バＧＤの接続基板７０にネジ止めで固定される構造であ
ったので、ネジの締め加減やネジ穴の配置によっては、
ゲート端子板３８が接続基板７０に均一に接触しないと
いう状態になり、接触が不十分な部分からは主電流をゲ
ート回路に転流することができず、ターンオフ失敗によ
る素子破壊につながる可能性があった。また、複数のネ
ジを使用するので作業性が悪いという問題もあった。

【００３０】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、主電流を確実にゲート回路に転流
することができるとともに、ゲートドライバへの取り付
けが容易にできる圧接型半導体装置を提供する。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の圧接型半導体装置は、一方主面の外周端縁部に沿っ
てゲート電極が形成され、該ゲート電極の内側にカソー
ド電極が形成され、他方主面にアノード電極が形成され
た半導体基板と、一方端面が前記ゲート電極に接触する
リング状ゲート電極と、前記カソード電極に電気的に接
続されるカソードポスト電極と、前記アノード電極に電
気的に接続されるアノードポスト電極と、前記カソード
ポスト電極および前記アノードポスト電極を取り囲むよ
うに配設され、少なくとも前記半導体基板および前記リ
ング状ゲート電極を内包する電気絶縁性の絶縁筒と、内
周端縁部が前記リング状ゲート電極に電気的に接続さ
れ、外周端縁部が前記絶縁筒の側面から突出するゲート
端子板とを備え、前記カソードポスト電極および前記ア
ノードポスト電極の外側にそれぞれ配設された、カソー
ドスタック電極およびアノードスタック電極によって、
前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
を互いに向き合う方向に付勢し、両者を前記カソード電
極および前記アノード電極に圧接するとともに、前記ゲ
ート電極と前記カソード電極間に、ゲートターンオン制
御電流を発生させるゲートドライバが前記ゲート端子板
および前記カソードポスト電極に電気的に接続される圧
接型半導体装置において、前記ゲートドライバが、前記
ゲート端子板に直接に接触し、前記ゲートターンオン制
御電流の伝達経路となるゲートリード基板を有し、前記
圧接型半導体装置が、前記カソードポスト電極および前
記アノードポスト電極の圧接に伴って、前記ゲート端子
板の外周端縁部を前記ゲートリード基板に圧接するゲー
ト端子板圧接手段をさらに備えている。

【００３２】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置は、前記ゲートドライバが、前記カソードポスト電
極および前記アノードポスト電極の圧接に伴って、前記
カソードポスト電極の端面に圧接され、前記ゲートター
ンオン制御電流の伝達経路となるカソードリード基板を
さらに有し、前記ゲートリード基板およびカソードリー
ド基板は積層されて積層体を構成し、前記積層体は、前
記カソードポスト電極側を挿入した場合に、前記カソー
ドポスト電極の端面が底面部となる前記カソードリード
基板に接触し、前記ゲート端子板の外周端縁部が、周縁
部となる前記ゲートリード基板上に接触する寸法を有し
た有底孔である挿入部を有し、前記ゲート端子板圧接手
段は、その内周直径が、前記絶縁筒を取り囲む大きさに
設定された電気絶縁性の絶縁円筒体であって、前記アノ
ードスタック電極は、少なくとも前記絶縁円筒体の外周
までを覆う寸法を有し、前記カソードポスト電極および
前記アノードポスト電極の圧接の際に、前記絶縁円筒体
が前記ゲート端子板の外周端縁部と前記ゲートリード基
板とを圧接するものである。

【００３３】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置は、前記絶縁円筒体が、少なくとも軸方向に可撓性
を有している。

【００３４】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置は、前記絶縁円筒体が、少なくとも一部分に、軸方
向に可撓性を有する部材を備えた多層構造体である。

【００３５】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置は、前記絶縁円筒体が、前記アノードスタック電極
の所定位置に固着されている。

【００３６】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置は、一方主面の外周端縁部に沿ってゲート電極が形
成され、該ゲート電極の内側にカソード電極が形成さ
れ、他方主面にアノード電極が形成された半導体基板
と、一方端面が前記ゲート電極に接触するリング状ゲー
ト電極と、前記カソード電極に電気的に接続されるカソ
ードポスト電極と、前記アノード電極に電気的に接続さ
れるアノードポスト電極と、前記カソードポスト電極お
よび前記アノードポスト電極を取り囲むように配設さ
れ、少なくとも前記半導体基板および前記リング状ゲー
ト電極を内包する電気絶縁性の絶縁筒と、内周端縁部が
前記リング状ゲート電極に電気的に接続され、外周端縁
部が前記絶縁筒の側面から突出するゲート端子板とを備
え、前記カソードポスト電極および前記アノードポスト
電極の外側にそれぞれ配設された、カソードスタック電
極およびアノードスタック電極によって、前記カソード
ポスト電極および前記アノードポスト電極を互いに向き
合う方向に付勢し、両者を前記カソード電極および前記
アノード電極に圧接するとともに、前記ゲート電極と前
記カソード電極間に、ゲートターンオン制御電流を発生
させるゲートドライバが前記ゲート端子板および前記カ
ソードポスト電極に電気的に接続される圧接型半導体装
置において、前記ゲートドライバが、前記ゲート端子板
に直接に接触し、前記ゲートターンオン制御電流の伝達
経路となるゲートリード基板を有し、前記ゲート端子板
が、その外周端縁部がバネ性を有するように折り曲げら
れた折り曲げ部を有している。

【００３７】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置は、前記ゲートドライバが、前記カソードポスト電
極および前記アノードポスト電極の圧接に伴って、前記
カソードポスト電極の端面に圧接され、前記ゲートター
ンオン制御電流の伝達経路となるカソードリード基板を
さらに有し、前記ゲートリード基板およびカソードリー
ド基板は積層されて積層体を構成し、前記積層体が、前
記カソードポスト電極側を挿入した場合に、前記カソー
ドポスト電極の端面が底面部となる前記カソードリード
基板に接触し、前記ゲート端子板の外周端縁部が、周縁
部となる前記ゲートリード基板上に接触する寸法を有し
た有底孔である挿入部を有し、前記ゲート端子板が、バ
ネ性を有する前記外周端縁部が、前記カソードポスト電
極および前記アノードポスト電極の圧接に伴って前記ゲ
ートリード基板に押圧されるものである。

【００３８】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置は、前記ゲート端子板が、バネ性を有する前記外周
端縁部に所定の間隔で形成された複数の切り込みによっ
て規定される可撓片を複数備えている。

【００３９】

【発明の実施の形態】

＜実施の形態１＞ ＜装置構成＞図１に本発明に係る圧接型半導体装置の実
施の形態１として、ゲート転流型ターンオフサイリスタ
（以後、ＧＣＴサイリスタと呼称）１００の断面構成を
示す。

【００４０】図１において、ＧＣＴサイリスタ１００の
各セグメントが形成された半導体基板２８の下側表面の
外周部側に位置する面上にゲート電極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の下側表面上には、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。

【００４１】半導体基板２８の下側表面上のカソード電
極２９ｂの下には、カソード歪緩衝板３０およびカソー
ドポスト電極３１が順に配設されている。一方、半導体
基板２８の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）上には、アノード歪緩衝板３２
およびアノードポスト電極３３が順に配設されている。

【００４２】また、半導体基板２８のゲート電極２９ａ
の表面に接するようにリング状ゲート電極３４が配設さ
れており、リング状金属板からなるゲート端子板３８Ａ
が、その内周端縁面がリングゲート電極３４と摺動可能
になるように、同電極３４に対して接触・配置されてい
る。

【００４３】そして、ゲート端子板３８Ａ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リング状の弾
性体３５が配設されている。なお、弾性体３５はリング
状絶縁体３６を介してゲート端子板３８Ａを押圧する構
成となっている。

【００４４】また、リング状ゲート電極３４をカソード
歪緩衝板３０およ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３７が、カソード
歪緩衝板３０およびカソードポスト電極３１の壁面に沿
って配設されている。

【００４５】カソードポスト電極３１の端縁部にはカソ
ードフランジ２６が固着され、アノードポスト電極３３
にはアノードフランジ４０が固着されている。そして、
カソードフランジ２６とアノードフランジ４０との間に
は、ＧＣＴサイリスタ１００の主要部を取り囲むよう
に、セラミック等の絶縁物で構成された絶縁筒４１が配
設されている。絶縁筒４１は、ゲート端子板３８Ａを挟
んで上下に分割されているとともに、沿面距離を長くす
るための突起部４２を有した構成である。従って、ゲー
ト端子板３８Ａの外周側部分は絶縁筒４１の側面から外
部に突出することになる。なお、絶縁筒４１はゲート端
子板３８Ａの上下表面に気密に固着されている。ここ
で、ゲート端子板３８Ａは、絶縁筒４１の突起部４２の
外周よりもさらに外側に突出するような直径を有するリ
ング状金属板で形成されている。

【００４６】そして、絶縁筒４１の下側端面に固着され
た接続板４３ａがカソードフランジ２６と気密に固着さ
れ、絶縁筒４１の上側端面に固着された接続板４３ｂが
アノードフランジ４０と気密に固着されており、これに
よってＧＣＴサイリスタ１００が密閉されたパッケージ
構造になっている。なお、この内部は、不活性ガスで置
換されている。

【００４７】次に、ゲートドライバＧＤ１の構成、およ
びゲートドライバＧＤ１にＧＣＴサイリスタ１００を取
り付けた状態を図２を用いて説明する。

【００４８】図２はＧＣＴサイリスタ１００をゲートド
ライバＧＤ１に取り付けた状態を模式的に表した図であ
る。

【００４９】図２に示すようにゲートドライバＧＤ１
は、ゲートドライバ回路部１５と、当該ゲートドライバ
回路部１５とＧＣＴサイリスタ１００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接続基板１０と
を備えている。接続基板１０はゲートドライバ回路部１
５内にも延在している。

【００５０】図２において、接続基板１０にはＧＣＴサ
イリスタ１００を挿入するサイリスタ挿入部９が形成さ
れ、その平面視形状は図１０を用いて説明したゲートド
ライバＧＤとほぼ同様であるので図示は省略する。ＧＣ
Ｔサイリスタ１００は、サイリスタ挿入部９にカソード
ポスト電極３１側を下にして挿入される。

【００５１】ここで、接続基板１０の構成について説明
する。接続基板１０は、最下部に位置するカソードリー
ド基板１０１、当該カソードリード基板１０１の上部に
配設された絶縁体１０２、当該絶縁体１０２の上部に配
設されたゲートリード基板１０３を備えている。そし
て、ゲートリード基板１０３および絶縁体１０２を貫通
し、カソードリード基板１０１の所定深さに達するよう
に開口部が設けられ、それがサイリスタ挿入部９となっ
ている。サイリスタ挿入部９の直径は、少なくともＧＣ
Ｔサイリスタ１００のカソードフランジ２６を収容でき
る大きさに設定される。また、その深さはＧＣＴサイリ
スタ１００を挿入した状態でゲート端子板３８Ａがゲー
トリード基板１０３に接触する深さに設定される。な
お、カソードリード基板１０１およびゲートリード基板
１０３は、ゲートターンオン制御電流の伝達経路とな
る。

【００５２】ゲートドライバＧＤ１はＧＣＴサイリスタ
１００をサイリスタ挿入部９に挿入した状態で、カソー
ドスタック電極ＳＫ１の上に載置される。そして、ＧＣ
Ｔサイリスタ１００を取り囲むように絶縁円筒体（ゲー
ト端子板圧接手段）５０を配設する。なお、カソードス
タック電極ＳＫ１およびアノードスタックＳＡ１は、カ
ソードポスト電極３１およびアノードポスト電極３３を
互いに向き合う方向に付勢し、カソード歪緩衝板３０お
よびアノード歪緩衝板３２を半導体基板２８に圧接する
ためのものである。

【００５３】絶縁円筒体５０は、その内側にＧＣＴサイ
リスタ１００を収容できるように、その内周直径が少な
くとも絶縁筒４１の外周直径より大きく形成されてい
る。そして、その高さは、ＧＣＴサイリスタ１００のサ
イリスタ挿入部９に収容されない部分を完全に収容する
高さに設定される。

【００５４】そして、絶縁円筒体５０は、その一方の端
面がゲート端子板３８Ａの端縁部に接触しており、カソ
ードスタック電極ＳＫ１およびアノスタックＳＡ１によ
るＧＣＴサイリスタ１００の押圧により、ゲート端子板
３８Ａの端縁部が均等な力でゲートリード基板１０３に
押し付けられることになる。

【００５５】なお、ゲート端子板３８Ａは、その外周端
縁部が絶縁円筒体５０の端面に確実に接触しなければな
らないので、その外周直径は、少なくとも絶縁円筒体５
０の外周と同程度にする必要がある。またアノードスタ
ック電極ＳＡ１は、少なくとも絶縁円筒体５０の外周ま
でを覆う大きさが必要である。

【００５６】絶縁円筒体５０は可撓性を有した部材で形
成されることが望ましい。すなわち、可撓性を有さない
部材、例えばセラミックスなどで形成すると、製造時の
寸法公差で、ＧＣＴサイリスタ１００を収容してさらに
余るような高さになった場合、カソードスタック電極Ｓ
Ｋ１およびアノードスタック電極ＳＡ１でＧＣＴサイリ
スタ１００を押圧しても、圧力は絶縁円筒体５０にのみ
加わり、カソードポスト電極３１およびアノードポスト
電極３３は押圧されないことになる。しかし、可撓性を
有していれば、圧力によって高さが縮み、カソードポス
ト電極３１およびアノードポスト電極３３を押圧するこ
とが可能になる。また、絶縁円筒体５０によりカソード
スタック電極ＳＫ１およびアノードスタック電極ＳＡ１
から加わる力が多少緩和されるので、ゲートドライバＧ
Ｄ１の接続基板１０に加わる圧力を緩和できる。

【００５７】絶縁円筒体５０の材質としては、ゴムなど
が使用される。ゴムの種類としては、強度的にも、耐熱
的にも優れたもの、例えば真空シールに使用されるよう
なニトリルゴムやシリコンゴムなどを使用する。

【００５８】なお、以上説明した絶縁円筒体５０は、そ
の材質としてゴムのみを使用した例を示したが、複数の
材質を用いることで可撓性を持たせるようにしても良
い。

【００５９】図３に複数の材質で構成された絶縁円筒体
５０Ａを示す。図３において、絶縁円筒体５０Ａはガラ
スエポキシ樹脂５２２を間に挟んで、両側端面がゴム５
２１となった多層構造を有している。ガラスエポキシ樹
脂５２２は可撓性を有していないが、ゴム５２１の存在
により絶縁円筒体５０Ａ全体としては可撓性を有するこ
とになる。ここで、ガラスエポキシ樹脂５２２とゴム５
２１とは、接着剤を使用して接合すれば良い。

【００６０】なお、ガラスエポキシ樹脂はコスト的に安
価であり、加工も容易であるので、大型化する傾向にあ
る圧接型半導体装置に適している。

【００６１】図４に複数の材質で構成された絶縁円筒体
５０Ｂを示す。図４において、皿バネなどの弾性体５３
３を円筒中央に配設し、その両側にガラスエポキシ樹脂
５３２を配設し、さらにその両側にゴム５３１を配設し
た多層構造を有している。ゴム５３１だけでも十分に可
撓性を有しているが、弾性体５３３の存在によりさらに
可撓性を向上させることができる。

【００６２】また、図２を用いた説明では、絶縁円筒体
５０は独立した存在であったが、アノードスタック電極
ＳＡ１に固着されていても良い。すなわち、ＧＣＴサイ
リスタ１００を囲むように配設する場合、絶縁円筒体５
０が独立していると位置合わせに時間がかかるという問
題がある。装置の小型化のために、絶縁円筒体５０の内
周直径と絶縁筒４１の外周直径の差は小さく設定してあ
る。従って、絶縁円筒体５０の内周と絶縁筒４１の外周
とが接触しないように絶縁円筒体５０を配設するには時
間がかかる。しかし、予めアノードスタック電極ＳＡ１
に固着させておけば、組み立て時には位置合わせをする
必要がなくなり製造工程を簡略化できる。

【００６３】＜特徴的作用効果＞以上説明したように、
絶縁円筒体５０の一方の端面がゲート端子板３８Ａの端
縁部に接触するように、ゲート端子板３８Ａの外周直径
を大きくし、カソードスタック電極ＳＫ１およびアノー
ドスタック電極ＳＡ１によるＧＣＴサイリスタ１００の
押圧に際して、絶縁円筒体５０の端面によりゲート端子
板３８Ａを押圧することで、ゲート端子板３８Ａの端縁
部が均等な力でゲートリード基板１０３に押し付けられ
ることになり、ゲート端子板３８Ａがゲートリード基板
１０３に確実に接触することになる。従って、接触不良
に起因する主電流の損失を防止して、主電流をゲート回
路に転流することができ、ターンオフ失敗による素子破
壊を防止することができる。

【００６４】また、ゲート端子板３８Ａのゲートリード
基板１０３への取り付けが簡単にでき、作業性が向上し
て製造コストを低減することができる。

【００６５】＜実施の形態２＞ ＜装置構成＞図５に本発明に係る圧接型半導体装置の実
施の形態２として、ＧＣＴサイリスタ２００の断面構成
を示す。

【００６６】なお、図５において、図１を用いて説明し
たＧＣＴサイリスタ１００と同様の構成については同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００６７】図５において、半導体基板２８のゲート電
極２９ａの表面に接するようにリング状ゲート電極３４
が配設されており、当該リング状ゲート電極３４にはゲ
ート端子板３９が摺動可能に接触・配置されている。

【００６８】ゲート端子板３９はリング状金属板であ
り、その外周端縁部がカソード側に曲率を有して折れ曲
がっている。図５において、ゲート端子板３９の外周端
縁部は曲率を有して上方（アノード方向）に突出した曲
部３９ａを有し、曲部３９ａより外側の最端縁部３９ｂ
は裾広がりに緩やかに傾斜している。このような構成に
よりゲート端子板３９の外周端縁部がバネ性を有するこ
とになる。

【００６９】次に、ゲートドライバＧＤ１にＧＣＴサイ
リスタ２００を取り付けた状態を図６を用いて説明す
る。なお、図６において、図２に示す構成と同様の構成
については同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。

【００７０】図６において、ＧＣＴサイリスタ２００を
サイリスタ挿入部９にカソードポスト電極３１側を下に
して挿入すると、ゲート端子板３９の最端縁部３９ｂが
ゲートリード基板１０３に接触する。そして、この状態
でカソードスタック電極ＳＫ１およびアノードスタック
電極ＳＡ１によりＧＣＴサイリスタ２００を押圧する
と、バネ性を有したゲート端子板３９の外周端縁部が広
がりながらゲートリード基板１０３に押し付けられ、最
端縁部３９ｂがゲートリード基板１０３に確実に接触す
ることになる。

【００７１】＜変形例＞ なお、ゲート端子板３９の外周端縁部に径方向に切り込
み部を設けることで、バネ性をより高めた構成にするこ
とができる。

【００７２】図７に示すようにゲート端子板３９の最端
縁部３９ｂに所定の間隔で切り込み部３９ｃを設け、切
り込み部３９ｃに挟まれた部分の可撓性を高めて可撓片
３９ｄを形成する。

【００７３】このような構成とすることで、カソードス
タック電極ＳＫ１およびアノードスタック電極ＳＡ１に
より押圧された場合に外周端縁部が広がり易くなり、ゲ
ートリード基板１０３との接触がより確実になるという
効果を有している。

【００７４】＜特徴的作用効果＞以上説明したように、
ゲート端子板３９の外周端縁部をバネ性を有した構造と
し、カソードスタック電極ＳＫ１およびアノードスタッ
ク電極ＳＡ１による押圧でゲートリード基板１０３と電
気的に接続するので、ゲート端子板３９の端縁部が均等
な力でゲートリード基板１０３に押し付けられることに
なり、ゲート端子板３９がゲートリード基板１０３に確
実に接触することになる。従って、接触不良に起因する
主電流の損失を防止して、主電流をゲート回路に転流す
ることができ、ターンオフ失敗による素子破壊を防止す
ることができる。

【００７５】また、ゲートリード基板１０３との接続の
ための構成が簡単であり、部品点数も少なく、作業性が
向上して製造コストを低減することができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の圧接型半導
体装置によれば、ゲート端子板圧接手段によって、カソ
ードポスト電極およびアノードポスト電極の圧接に伴っ
て、ゲート端子板の外周端縁部をゲートリード基板に圧
接するので、ゲート端子板の外周端縁部がゲートリード
基板に確実に接触することになり、接触不良に起因する
主電流の損失を防止して、主電流をゲート回路に転流す
ることができ、ターンオフ失敗による素子破壊を防止す
ることができる。

【００７７】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁円筒体によって、カソードポスト電
極およびアノードポスト電極の圧接に伴って、ゲート端
子板の外周端縁部をゲートリード基板に圧接するので、
ゲート端子板の外周端縁部がゲートリード基板に均等な
圧力で確実に接触することになり、接触不良に起因する
主電流の損失を防止して、主電流をゲート回路に転流す
ることができ、ターンオフ失敗による素子破壊を防止す
ることができる。また、ゲート端子板のゲートリード基
板への取り付けは、絶縁円筒体を配置するだけで済むの
で、ネジ止めでゲート端子板をゲートリード基板に取り
付けるような構成に比べて、取り付けが簡単であり、作
業性が向上して製造コストを低減することができる。

【００７８】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁円筒体が、少なくとも軸方向に可撓
性を有しているので、製造時の寸法公差により高さが若
干高くなった場合でも、カソードスタック電極およびア
ノードスタック電極により押圧されることで高さが縮む
ので、絶縁円筒体の存在によりカソードポスト電極およ
びアノードポスト電極が押圧されないと言った不具合が
防止される。また、絶縁円筒体によりカソードスタック
電極およびアノードスタック電極から加わる力が多少緩
和されるので、ゲートドライバのカソードリード基板お
よびゲートリード基板に加わる圧力を緩和でき、両者に
過度の圧力がかかることによる不具合を防止できる。

【００７９】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁円筒体は、軸方向に可撓性を有した
部材を少なくとも一部分に備えていれば、カソードスタ
ック電極およびアノードスタック電極により押圧される
ことで高さが縮むので、絶縁円筒体の存在によりカソー
ドポスト電極およびアノードポスト電極が押圧されない
と言った不具合が防止される。また、可撓性を有した部
材が高価である場合でも、絶縁円筒体全体の製造コスト
を低減することができる。

【００８０】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁円筒体がアノードスタック電極の所
定位置に固着されているので、絶縁円筒体の位置合わせ
にかかる時間を低減することができる。

【００８１】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置によれば、ゲート端子板の外周端縁部をバネ性を有
した構造とし、カソードスタック電極およびアノードス
タック電極による押圧でゲートリード基板と電気的に接
続するので、ゲート端子板の端縁部が均等な力でゲート
リード基板に押し付けられることになり、ゲート端子板
がゲートリード基板に確実に接触することになる。従っ
て、接触不良に起因する主電流の損失を防止して、主電
流をゲート回路に転流することができ、ターンオフ失敗
による素子破壊を防止することができる。また、ゲート
リード基板との接続のための構成が簡単であり、部品点
数も少なく、作業性が向上して製造コストを低減するこ
とができる。

【００８２】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置によれば、カソードスタック電極およびアノードス
タック電極による押圧でゲート端子板とゲートリード基
板とを電気的に接続するための具体的な構成を得ること
ができ、接触不良に起因する主電流の損失を防止して、
主電流をゲート回路に転流することができ、ターンオフ
失敗による素子破壊を防止した圧接型半導体装置を実現
することができる。

【００８３】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置によれば、ゲート端子板が、その外周端縁部に可撓
片を複数備えているので、ゲート端子板の外周端縁部の
バネ性をより高めることができ、ゲート端子板とゲート
リード基板との接触がより確実になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の構成を説明する断面図である。

【図２】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の圧接状態を示す図である。

【図３】 絶縁円筒体の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図４】 絶縁円筒体の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図５】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の構成を説明する断面図である。

【図６】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の圧接状態を示す図である。

【図７】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の変形例の構成を説明する断面図である。

【図８】 従来の圧接型半導体装置の構成を説明する断
面図である。

【図９】 従来の圧接型半導体装置の構成を説明する平
面図である。

【図１０】 ゲートドライバの構成を示す平面図であ
る。

【図１１】 ゲートドライバの構成を示す断面図であ
る。

【図１２】 ＧＣＴサイリスタの動作を説明する回路図
である。

【符号の説明】

９ サイリスタ挿入部、１０ 接続基板、２８ 半導体
基板、３１ カソードポスト電極、３３ アノードポス
ト電極、３４ リング状ゲート電極、３８Ａ，３９ ゲ
ート端子板、３９ａ 曲部、３９ｂ 最端縁部、３９ｃ
切り込み部、３９ｄ 可撓片、４１ 絶縁筒、５０
絶縁円筒体、１０１ カソードリード基板、１０２ 絶
縁体、１０３ ゲートリード基板、ＧＤ１ ゲートドラ
イバ、ＳＡ１ アノードスタック電極、ＳＫ１ カソー
ドスタック電極。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方主面の外周端縁部に沿ってゲート電
   極が形成され、該ゲート電極の内側にカソード電極が形
   成され、他方主面にアノード電極が形成された半導体基
   板と、 一方端面が前記ゲート電極に接触するリング状ゲート電
   極と、 前記カソード電極に電気的に接続されるカソードポスト
   電極と、 前記アノード電極に電気的に接続されるアノードポスト
   電極と、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   を取り囲むように配設され、少なくとも前記半導体基板
   および前記リング状ゲート電極を内包する電気絶縁性の
   絶縁筒と、 内周端縁部が前記リング状ゲート電極に電気的に接続さ
   れ、外周端縁部が前記絶縁筒の側面から突出するゲート
   端子板とを備え、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の外側にそれぞれ配設された、カソードスタック電極お
   よびアノードスタック電極によって、前記カソードポス
   ト電極および前記アノードポスト電極を互いに向き合う
   方向に付勢し、両者を前記カソード電極および前記アノ
   ード電極に圧接するとともに、前記ゲート電極と前記カ
   ソード電極間に、ゲートターンオン制御電流を発生させ
   るゲートドライバが前記ゲート端子板および前記カソー
   ドポスト電極に電気的に接続される圧接型半導体装置に
   おいて、 前記ゲートドライバは、 前記ゲート端子板に直接に接触し、前記ゲートターンオ
   ン制御電流の伝達経路となるゲートリード基板を有し、 前記圧接型半導体装置は、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の圧接に伴って、前記ゲート端子板の外周端縁部を前記
   ゲートリード基板に圧接するゲート端子板圧接手段をさ
   らに備えることを特徴とする圧接型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記ゲートドライバは、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の圧接に伴って、前記カソードポスト電極の端面に圧接
   され、前記ゲートターンオン制御電流の伝達経路となる
   カソードリード基板をさらに有し、 前記ゲートリード基板およびカソードリード基板は積層
   されて積層体を構成し、 前記積層体は、 前記カソードポスト電極側を挿入した場合に、前記カソ
   ードポスト電極の端面が底面部となる前記カソードリー
   ド基板に接触し、前記ゲート端子板の外周端縁部が、周
   縁部となる前記ゲートリード基板上に接触する寸法を有
   した有底孔である挿入部を有し、 前記ゲート端子板圧接手段は、 その内周直径が、前記絶縁筒を取り囲む大きさに設定さ
   れた電気絶縁性の絶縁円筒体であって、 前記アノードスタック電極は、少なくとも前記絶縁円筒
   体の外周までを覆う寸法を有し、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の圧接の際に、前記絶縁円筒体が前記ゲート端子板の外
   周端縁部と前記ゲートリード基板とを圧接する、請求項
   １記載の圧接型半導体装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁円筒体は、少なくとも軸方向に
   可撓性を有する、請求項２記載の圧接型半導体装置。
4. 【請求項４】 前記絶縁円筒体は、少なくとも一部分
   に、軸方向に可撓性を有する部材を備えた多層構造体で
   ある、請求項３記載の圧接型半導体装置。
5. 【請求項５】 前記絶縁円筒体は、前記アノードスタッ
   ク電極の所定位置に固着されている請求項３記載の圧接
   型半導体装置。
6. 【請求項６】 一方主面の外周端縁部に沿ってゲート電
   極が形成され、該ゲート電極の内側にカソード電極が形
   成され、他方主面にアノード電極が形成された半導体基
   板と、 一方端面が前記ゲート電極に接触するリング状ゲート電
   極と、 前記カソード電極に電気的に接続されるカソードポスト
   電極と、 前記アノード電極に電気的に接続されるアノードポスト
   電極と、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   を取り囲むように配設され、少なくとも前記半導体基板
   および前記リング状ゲート電極を内包する電気絶縁性の
   絶縁筒と、 内周端縁部が前記リング状ゲート電極に電気的に接続さ
   れ、外周端縁部が前記絶縁筒の側面から突出するゲート
   端子板とを備え、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の外側にそれぞれ配設された、カソードスタック電極お
   よびアノードスタック電極によって、前記カソードポス
   ト電極および前記アノードポスト電極を互いに向き合う
   方向に付勢し、両者を前記カソード電極および前記アノ
   ード電極に圧接するとともに、前記ゲート電極と前記カ
   ソード電極間に、ゲートターンオン制御電流を発生させ
   るゲートドライバが前記ゲート端子板および前記カソー
   ドポスト電極に電気的に接続される圧接型半導体装置に
   おいて、 前記ゲートドライバは、 前記ゲート端子板に直接に接触し、前記ゲートターンオ
   ン制御電流の伝達経路となるゲートリード基板を有し、 前記ゲート端子板は、 その外周端縁部がバネ性を有するように折り曲げられた
   折り曲げ部を有することを特徴とする圧接型半導体装
   置。
7. 【請求項７】 前記ゲートドライバは、 前記カソードポスト電極および前記アノードポスト電極
   の圧接に伴って、前記カソードポスト電極の端面に圧接
   され、前記ゲートターンオン制御電流の伝達経路となる
   カソードリード基板をさらに有し、 前記ゲートリード基板およびカソードリード基板は積層
   されて積層体を構成し、 前記積層体は、 前記カソードポスト電極側を挿入した場合に、前記カソ
   ードポスト電極の端面が底面部となる前記カソードリー
   ド基板に接触し、前記ゲート端子板の外周端縁部が、周
   縁部となる前記ゲートリード基板上に接触する寸法を有
   した有底孔である挿入部を有し、 前記ゲート端子板は、 バネ性を有する前記外周端縁部が、前記カソードポスト
   電極および前記アノードポスト電極の圧接に伴って前記
   ゲートリード基板に押圧される、請求項６記載の圧接型
   半導体装置。
8. 【請求項８】 前記ゲート端子板は、 バネ性を有する前記外周端縁部に所定の間隔で形成され
   た複数の切り込みによって規定される可撓片を複数備え
   る、請求項７記載の圧接型半導体装置。