JPS59132165A

JPS59132165A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS59132165A
Application number: JP58005326A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Akabane; 赤羽根　克己; Kougo Otai; 小田井　恒吾; Shuji Musha; 武者　修二; Tadashi Sakagami; 阪上　正; Tsuneo Haishi; 羽石　常男; Nobutake Konishi; 信武小西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1983-01-18
Publication date: 1984-07-30
Also published as: JPH027192B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（利用分野）本発明は光点弧形サイリスタなどの半導体装置に係シ、
特に高電圧用途に対して好適な、信頼性の高い放電防止
構造を備えた半導体装置に関する。

（従来技術）光点弧形サイリスタは、周知のように、光の照射信号に
よυ順電圧阻止状態から導通状態番こターンオンする機
能を有する半導体制御整流素子である。

光点弧形サイリスタは、通常の電気ゲート点弧形サイリ
スタと比較して、（１）主回路とゲート制御回路とを電
気的に絶縁できるため、ゲート制御回路を簡略化でき、
また（２）光ゲート信号のため′ｔｓ誘導ノイズの影響
を受けにくい等の利点がある。

このため、最近、高電圧直流送電等のように、サイリス
タを多数個直列接続で使用する様な高電圧変換装置への
利用が注目されてきている。

しかし、光点弧形すイリスタは、電気ゲート形サイリス
タと比較して、光信号をサイリスタ素子の半導体基体受
光部まで導くために、数多くの部品が必要となる。

第１図は、光点弧形サイリスクの従来例の断面略図を示
し、第２図は第１図中の光信号伝送経路の部分を拡大し
た断面図である。

光サイリスタ素子１は、サイリスタ接合を有する半導体
基体２の両側に低抵抗接触したアノード電極３．カソー
ド電極４を有している。さらに、それら各電極３，４の
外側には、アノード外部電極５．カソード外部電極６が
配設されている。

これら外部電極５，６には、金属フランジ７Ａ。

７Ｋが固着される。さらに両フランジ７Ａ、７には、半
導体基体２．アノード電極３．カソード電極４．アノー
ド外部電極５．カソード外部電極６などよシなる組立構
造体を包囲する円筒状の絶縁性シール８の両端に、気密
封着される。それ故に、サイリスタ素子の内部は気密保
持されている。

外部から光信号を伝送するための光ファイバ１１は、絶
縁シール８の一部を貫通する金属コネクタ、９に気密固
定された光ファイバ１ｏ　と、例エバ金属袋ナソ）１２
などを用いて、光学的に結合される。それ故に、外部か
らの光信号は、光ファイバ１１　および１０を介して、
半導体基体２の受光部へ導かれる。

また、微弱な光信号を、効率よく半導体基体２の受光部
へ入射させるため、半導体基体２の一゛傍の光ファイバ
１０を半導体基体２の方向へ押え付ける機構を具備する
こともある。

このような従来例において、光ファイバ１１は電気的に
高抵抗の絶縁性物質から成多、光ファイバ１０も同様で
ある。従って、金属袋ナツト１２゜および絶縁シール神
の一部に設けた金属コネクタ９は、アノード電極３．ア
ノード外部電極５およびカソード電極４．カソード外部
電極６からは、電気的に絶縁されている。

この様な光点弧形サイリスタが複数個直列接続された構
成で、アノードとカソード間に、順一方向あるいは逆方
向に電圧が印加された状態では、電気的に浮いている金
属コネクタ９．金属袋ナツト１２は、空間電界あるいは
絶縁シール８のアノード・カソード方向の電位降下分布
に応じて、アノード・カソード間の電位差によって決ま
る一定の電位に保持される。

また、最悪の場合には、前記金属ロネクタ９などがある
一定量の電荷を帝、電する場合もあシうる。

前述のような状態の時、サイリスタが光信号６ζ。

よってターンオンしたシ、あるいはアノード・カソード
間の電圧が反転したシすると、電気的に浮いている金属
コネクタ９や金属゛袋ナツト１２の電位は、この変化に
対して速やかに追従することができないため、前記金属
コネクタ９などと、各サイリスタのアノード電極３ある
いはカソード電極４との電位差が、著しく大きくなるこ
とがあるト〜□　このため、金属コネクタ９や金属袋ナ
ツト１２と、金属フランジ７Ａ、７に、　　アノード電
極３゜アノード外部電極５．カソード電極４．およびカ
ソード外部電極６などとの間の、空間距離の小さい部分
、あるいは絶縁シール８の表面に沿った沿面距離の短か
い部分で、電界強度が絶縁耐力の限界を超え、沿面放電
などを生じてしまうことがある。

このような放電が発生すると、サイリスタの信頼性が低
下するのはもちろん、多数個のサイリスタを直列接続し
た装置では、稼動時に、各々のサイリスタに過電圧が印
加される懸念があシ、著しい場合ζζはサイリスタが破
壊されてしまう等の欠点がある。

（目　　的）本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、放
電現象の発生しない、信頼性の優れた光点弧形サイリス
タを提供することにある。

（概　要）前記の目的を達成するために、本発明においては、絶縁
シールのΦ間に設けられた金属コネクタを、アノード電
極またはカソード電極、あるいはこれらと同電位の部分
に導電（低抵抗）接続する手段を付加し、さらに前記導
電接続手段を前記絶縁シールの少なくとも内部に配置す
るようにしている。

（実施例）以下に、本発明の特徴とするところを具体的な実施例に
よシ詳述する。第３図は、本発明の第一実施例の要部断
面図であシ、第２図と同様に、光点弧形サイリスタ内部
の、光信号伝送軽路部−分を拡大した図である。

金属コネクタ９は、金属リード線１３　Ａによって、金
属フランジ７Ｋに（したがって、カソード、外部電極６
に）接続され、また金属リード線１３Ｂによってカソー
ド電極４に電気的低抵抗接触している。

このため、サイリスタを動作させる際、金属コネクタ９
（および、金属袋ナツト１２）は、常に、カソード電極
４と同電位に保持されることになシ、放電現象は発生し
なくなる。

なお、通常の光サイリスタでは、光ゲート信号はカソー
ド側から取シ入れられるため、金属コネクタ９の位置が
カソード側金属７ランジ７にの方に近くなっているが、
アノード側金属７ランジ７Ａの近くに金属コネクタ９が
設置されている場合は、アノード側の金属フランジ７Ａ
あるいはアノード外部電極５．アノード電極３に金属リ
ード線で接続しても、本実施例と同様の効果が得られる
ことは明らかである。

また、これらの場合、第３図に示したように、金属コネ
クタ９を外部電極および゛金属７ランジの両者に導電接
続することは必ずしも必要でなく、いずれか一方に接続
するだけでもよく、あるいは・その他のカソードまたは
アノード電極と同電位の部分に導電接続（または低抵抗
接続）するだけでも、本実施例と同様の効果が得られる
ことも明らかである。

第４図は本発明の第二実施例の要部断面図である。

本実施例の第３図と異なる点は、金属リード線１３Ａ、
１３Ｂの代夛に、金属コネクタ９の絶縁シール８への取
付位置から、アノード側およびカソード側金属フランジ
７Ａ、７にの一方（本実施例の場合は、カソード側金属
フランジ７Ｋ）まで、絶縁シール８の内側表面にそつて
、低抵抗被膜層１４を設けたことである。

このような構造によシ、第一実施例の場合と同様の効果
を達成できることは明らかである。

なお、この場合、低抵抗被膜層１４は、絶縁２−ル８の
所定の部分に金属膜を蒸着して形成する着　　　　　　
か、あるいは、予め金属メタライズしておき・更に、そ
の上に金属ろうを流しておくことによシ形成することが
できる。このようにすれば、更に良い低抵抗被膜層を容
易に形成することができる。

第５図は本発明の第三実施例の要部断面図である。

本実施例の第３図、第４図と異なる点は、金属リード線
１３Ａ、１３Ｂ　や低抵抗被膜層１４を用いる代りに、
素子内部の光伝送路となる光ファイバ１０の外表面に、
金属被覆層１７を設けたことである。

この金属被覆層１７は、図からも明らかなように、その
一端において、金属コネクタ９と電気的に低抵抗被膜層
る。・また、金属被覆層１７の他端は、光ファイバ１０
全体を固定する金属固定部品１５　に連結され、導電接
続される。そして、さらにスプリング１６　によ如、金
属コネクタ９および金属被覆層１７　は、カソード外部
電極６へ電気的に低抵抗接続される。

それ故に、金属コネクタ９はカソード電極４と同電位と
なシ、本発明の効果が得られる。また、光ファイバ１０
を金属で直接被覆することによシ、光伝送効率を、金属
被覆層１７がない場合より更に改善できる効果も期待で
きる。

なお、固定部品１５が金属で゛ない場合は、光ファイバ
１０の金属被覆層１７の他の部分で、カソード外部電極
６に電気的に接続することができる。

第６図は本発明の第四実施例の要部断面図、第７図はそ
のＡ−Ａ線断面図である。光点弧°形すイリスタの場合
、第１図〜第５図にも示した様に、光信号をサイリスタ
内部に導入するため、絶縁シール８の一力の主電極（通
常はカソード）にかたよった部分に、光ファイバ１０の
一端および金属コネクタ９を気密性良く設ける必要があ
る。

ここで、実際の光ファイバの直径は１．０〜３．０１１
１位であシ、金属コネクタ９も含めた外径は　２．０〜
４０關程度にもなる。この寸法は、電気ゲートサイリス
タの場合の、ゲート信号とシ入れ金属パイプ径が約１．
０器であるのに比較すると、極めて大きい。

絶縁シール８の一方の主電極側に、このように大きな孔
を設けようとすると、絶縁シールの製造時に破損する恐
れがあり、難しい技術を必要とする。

その対策として、本実施例では、あらかじめ光信号導入
部分の絶縁シール８に切シ欠き部を設けておき、この個
所に精度よくはめ合う金属片”１９を抑大するようにし
ている。このような構成により上記欠点をなくし、また
同時に、金属コネクタ９を一方の主電極側へ、容易かつ
確実に低抵抗接触させることができる。

なお、この場合、金属片１９　は金属コネクタ９と一体
物でもよく、あ゛るいは、別々のものをろう付あるいは
溶接したものでも良い。また、金属片１９と絶縁シール
８との接着は、絶縁シール８と金属フランジ７とを気密
接着するのと同等の技術によシ可能である。

以上では、本発明を光点弧形サイリスタに適用した場合
について述べたが、本発明は電気ゲート形サイリスタに
も適用できるものである。

電気ゲート形サイリスタでも、ゲート取シ入れ部は金属
となっている。しかし、通常、ゲート部は、半導体基体
内部の抵抗部分を介して、カソードに電気的に接続され
ているか、あるいは外部ゲート回路であるインピーダン
スを介して、カソードへ接続されているので、光点弧形
サイリスタに関して前述したような放電現象は少ない。

しかし、絶縁シールの構造によっては、カソードあるい
はアノード重、極から電気的に浮いてい葛金属部分が形
成される場合がある。かかる構造のサイリスタあるいは
ダイオード装置では、光点弧形サイリスタの場合と同様
の放電現象が生ずることがある。

この様な場合でも、前述した第２図〜第７図の実施例の
手法を適用することによシ放電現象を防止できる。

第８図は、ダイオード素子に本発明を適用した例を示す
断面図である。絶縁シールは下側絶縁シール８Ｄと上側
絶縁シール８Ｕとに分離されておシ、この間を金属７ラ
ンジ１８にて気密接続している。

第４図の場合と同様に、低抵抗被膜層１４を絶縁シー／
Ｌ７．の内側に設けることによシ、金属フランジ１８の
電位を一方の主電極即ちアノードあるいはカソード電極
（図示の例では、カソード電極）と同電位に保持するこ
々ができ、放電現象を防止できる。

（効　果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、サイ
リスタやダイオード素子などを気密封止する絶縁シール
の中間に配置される金属部分が、全て電気的にアノード
あるいはカソード電極に低抵抗接続され、これと同電位
に保持されるので、放電現象を防止でき、信頼性の優れ
た光点弧形サイリスタなどの半導体装置が得られる。

また、低抵抗被膜層などの導電接続手段が、絶縁シール
の内側に設けられるので、外側に設ける場合のように、（１）雰囲気−特に湿度の影響により、経時的に徐々に
、低抵抗被膜層やはんだ層が酸化していき、（２）低抵抗が次第に高抵抗になってしまい、（３）著
しい場合は絶縁性となってしまう、などの問題がなくな
シ、経時的な特性の劣化が防止され、長期的な信頼性の
確保が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光点弧形サイリスタの断面略図１第２図
は従来の光点弧形サイリスタの断面部分拡大図、第３図
、第４図、第５図および第６図は、それぞれ本発明の第
一ないし第四の実施例の要部断面図、第７図は第６図の
Ａ−Ａ線にそう断面図、第８図は本発明をダイオード素
子に適用した場合の実施例の断面図である。１・・・光サイリスタ、２・・・半導体基体、３・・・
アノード電極、４・・・カソード電極、５・・・アノー
ド外部筒１極、６・・・カソード外部電極、７，１８・
・・金属７ランジ、８・・・絶縁シール、９・・・金属
コネクタ、１０　．１１・・・光ファイバ、　１３７’
！、１３・・・金属リード線、１４・・・低抵抗被膜層
、１７・・・金属被嶺層、第１図第７図第２図６第６図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その両主面に、少なくとも一対の主電極が形成さ
れた半導体基体と、前記半導体基体を挾んで、その両側
に配置されたカソード外部電極およびアノード外部電極
と、前記内外部電極にそれぞれ気密に固着され、前記半
導体基体を包囲して、これを気密封止する絶縁シールと
、前記絶縁シールの中間に前記内外部電極から絶縁さに
て配置された導電部材とを有する半導体装置において、
前記絶縁シールの内側に設けられ、前記導電部材を前記
半導体基体の主電極の一方と同電位に保持する手段を具
備したことを特徴とする半導体装置。
（２）半導体装置が光点弧形サイリスタであシ、導電部
材が信号伝送用光７τイバを引出すための金属コネクタ
であることｄ特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体装置。
（３）その両主面に、少なくとも一対の主電極を形成さ
れた半導体基体と、前記半導体基体を挾んで、その両側
に配置されたカソード外部電極およびアノード外部電極
と、前記内外部電極にそれぞれ気密に固着され、前記半
導体基体を包囲して、これを気密封止する絶縁シールと
、前記絶縁シールの中間に前記内外部電極から絶縁され
て配置された導電部材とを有する半導体装置において、
前記絶縁シールには、前記導電部材を貫通状態で装填固
着するための切込部が形成され、前記切込部に導電材が
気密充填されたことを特徴とする半導体装置。
（４）半導体装置が光点弧形サイリスタであシ、導電部
材が信号伝送用光ファイバを引出すための金属コネクタ
であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半
導体装置。