JPS61260515A - 高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタ - Google Patents

高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタ

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JPS61260515A
JPS61260515A JP10220785A JP10220785A JPS61260515A JP S61260515 A JPS61260515 A JP S61260515A JP 10220785 A JP10220785 A JP 10220785A JP 10220785 A JP10220785 A JP 10220785A JP S61260515 A JPS61260515 A JP S61260515A
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JP
Japan
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thyristor
semiconductor
voltage
load switch
arc
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JP10220785A
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JPH051571B2 (ja
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良作 中田
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Nippon Kouatsu Electric Co
Original Assignee
Nippon Kouatsu Electric Co
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices

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  • Thyristors (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

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】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。
(産業上の利用分野) この発明は高圧負荷開閉器や遮
断器等(本件明細書中においては単に高圧負荷開閉器と
も呼ぶ)の消弧用として使用することができるようにし
た高電圧大電流両方向性のサイリスタに関するものであ
る。
(従来の技術) 上記のような高圧負荷開閉器はその取
扱う電圧が極めて高電圧である為、そのような開閉器に
おいて従来周知のサイリスタを用いようとする場合には
、大容量のサイリスタを多数直列に接続して高耐圧とし
さらにこれらを逆並列に接続して使用せねばならぬ問題
が生ずる為、そのような問題の解決されたサイリスタの
提供が望まれている。
(発明が解決しようとする問題点) この発明は上記従
来の問題点を除くようにした−もので、上記のような高
圧負荷開閉器における消弧用として好通に用いることの
できる高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタを提供しよう
とするものである。
本願発明の構成は次の通りである。
(問題点を解決する為の手段) 本願発明は前記請求の
範囲記載の通りの手段を講じたものであってその作用は
次の通りである。
(作用) 多数の半導体板が多層状に重ねられている為
、遮断状態において高い耐圧を示す、一方、上記各半導
体板はPNPN接合が逆並列の状態で備わっている為、
導通時には一対の電極のいずれがプラスでいずれがマイ
ナスになっても通電状態が達成される。
(実施例) 以下本願の実施例を示す図面について説明
する。第1図乃至第5図において、1. 2は一対の電
8ii(上部電極と下部電極)で、高圧負荷開閉器の固
定及び可動電橋への接続用の電極であり、熱伝導性のよ
い銅により形成され、特に下部電極は各接合部より発生
する熱を奪いとるように厚肉に形成しである。3は半導
体板、4は導体板で、上記一対の電極1.2の間に多層
状に介設しである。上記半導体板3は第4図に示される
ようにN形層5の表裏両面にP形層6を夫々備えさせて
PNP接合となっている。上記半導体板3は次のように
形成される。即ち、不純物として微量のアンチモン(S
b”)を加えたシリコーン(Si)の単結晶からなるN
形半導体(電流容量および耐圧によって直径と厚みが決
定されるが本例では直径11゜3fl、厚み0.3絹の
円板にカッティングされており、さらに中央にはトリガ
ー用の光を通過させるための後述の透孔が形成されてい
る。)に対して、次の工程においてその上下両面にガリ
ュウム(Ga)が蒸着されてPNP接合が形成される。
つまり、N形半導体のウェハー(円板)をガリエウム(
Ga)を含むガス中に1200℃以上の高温で数十時間
放置してその上下両面にガリュウムを所定の深さまでし
み込ませる。(これ&拡散すると云う、)なお、この場
合蒸着形成されるガリュウム([;a)を第4の1図の
ごとく二つの範囲6a、6bに分離して形成してもよい
、導体板4はシリコーンと熱膨張係数が掻めて近いモリ
ブデン(Mo) またはタングステン(W)から形成さ
れ(本例では直径9.5鶴、厚み0.2fl程度の円板
形)、その中央には同じくトリガー用の光を通過させる
後述の透孔が形成されている。導体板4は第3図に示さ
れる如く上下両面の内一方の面には上記PNP接合の半
導体[3のP形層6に対しオーミックに接触する金rX
7、例えば3価のアルミニニウム(A1)と、同P形層
6に対し拡散してN形層を形成する5価の不純物8、例
えばアンチモン(sb)とを同面がほぼ1/2に区分さ
れるように分離して蒸着してあり、もう片方の面は上記
金属7と不純物8とに対しそれぞれ逆の位置関係になる
ようにアルミニュウム(AI)  7とアンチモン(S
b)  8とが同じように分離して蒸着形成されている
。ただし、電極1,2に接する上下両端の導体板4につ
いては、一方の面つまり半導体板3に対向する側にのみ
オーミック接触用の金属(AI)  7とN形層形成用
の不純物(Sb)  とを分離して蒸着形成しである0
次に9は上記一対の電極1.2と上記両端の導体板4と
を接続する為のろう材で、例えば銀が用いられる。
10はトリガー用の光を通す為の透孔を示し、第2図の
如く一方のt掻l及び多数の半導体板3、導体板4に夫
々形成されている。これらの透孔lOの直径はt掻1の
透孔lOが最も大きくそのt掻から離れた位置にある半
導体板3及び導体板4はどその孔径を小さくして、電極
1に近い位置にある半導体板3に対しても又遠い位置に
ある半導体板3に対しても平均的にトリガー用の光が与
えられるようにしである。向上記透孔10は単なる丸孔
形状でなく、丸孔の周囲から放射状に延びる溝を備えた
形状に形成しても良い、上記のような電極1゜2及び多
数の半導体板3、導体板4は多数枚(使用場所に応じた
所要の耐圧が得られる枚数で、その数は十数枚又はそれ
以上である)を第2図に示す如く半導体板3と導体板4
とが交互に位置するよう重ね合わせ、加熱炉内に入れて
加熱する。するとアンチモン(Sb)  8がP形層6
に拡散して第4番目のN形層を形成して新しくPN接合
ができる一方、アルミニュウム(Al)  7はP形層
6に対しては単にオーミックに接触するだけのため、こ
の工程によりPNPN接合と、PNPN接合の逆並列と
、またこれらがさらに多数直列に接続された状態とが同
時に出来上がる。なお、上記において4番目のN形層を
形成する場合に、5価の不純物8はアンチモン(Sb)
  と金(Au)との合金の形をとってもよいし、さら
にアンチモン(Sb)にかわってシリコーン(S+)や
シリコーン(S+)と金(Au)の合金を使用してもよ
(、またN形層の形成手段についても、この分野におい
て一般によく用いられる拡散合金法や二重拡散法を使用
してもよい、11゜11・・・は放熱用の張出部で、前
記半導体板3の直径を導体板4の直径よりも大きくする
ことにより、半導体板3の周縁部を以って形成されてい
る。
尚、この放熱用の張出部11は第9図に示される如く導
体板4の直径を大きく形成することによってその導体板
4の周縁の一部をもって形成しても良いし、或いは第1
0図に示される如(導体板4の周囲にフィン状の張出部
21を形成しそれをもって放熱用張出部としても良い、
又半導体板3に代えて導体板4の周囲にフィン状の張出
部を形成し、それをもって放熱用張出部としても良い、
更に又、半導体板3と導体板4の周囲の双方に鍔状の張
出部を備えさせておいても良い、一方、第1図又は第9
図の例の場合、半導体板3の周側面に第7図又は第8図
に夫々示される如く一段のベベリング又は二段のベベリ
ングを形成して、PN接合に対し逆耐圧が印加された時
の表面電界を弱めて耐圧の向上を図ると同時に、半導体
板3の周側面の表面積を大きくして放熱効果を高めるよ
うにしても良い、12はアルミナ磁器よりなる絶縁性の
密閉容器であり、上記半導体板3と導体板4と上下両電
極1.2の一部を収納するようにしたもので、その両端
はガラス等の封着材13によって上下部両電橿1,2に
封着されて同容器の気密が保持されている。なお封着時
、絶縁容器12内には耐湿性、耐圧特性の向上を目的と
して窒素ガスやシリコーンオイルが注入される。14は
上部電極lに形成した透孔lOに対し装着した点弧用の
光ファイバーであり、同ファイバー14を経由して侵入
した光が各半導体板3の受光部(i3孔10の近傍を云
う)に供給されてサイリスタがON(トリガー)するよ
うになっている、尚15はガラス等の封着材、16は絶
縁材料製のカバーを夫々示す。
上記構成のサイリスタにあっては、一対の電極1.2間
に電圧が印加された状態においてファイバー14を通し
てトリガー用の光が透孔10に送り込まれると、各半導
体板3におけるPNPN接合が夫々トリガーされて導通
状態となる。この場合、各半導体板3においては、その
一部が一方の面から他方の面に向けてPNPN接合とな
っており他の部分はそれとは反対の方向にPNPN接合
となっている為、上記一対の電極1.2の間に加わる電
圧は何れがプラスで何れがマイナスであってもそれらの
′gLi1.2間において導通状態を得ることができる
。この導通状態において各半導体板3から生ずる熱は夫
々電極1.2の側へ伝わって放熱されるは勿論のこと、
各半導体板3又は導体板4を半径方向に伝わって、放熱
用張出部11から速やかにかつ効率良く放熱される。こ
のように放熱が良好に行なわれることによって、サイリ
スタの電流容量の増大と、ターンオフ特性の安定化と、
更には耐電圧特性の向上を図ることができる。向上記サ
イリスタの特性の一例を示せば、通を電流1000 A
、耐圧20KV、通電サイクルはlサイクル以上通電可
能の特性を有する。
次に上記構成のサイリスタTは第6図に示される如く高
圧負荷開閉器24における固定電橋25とそれに接離す
る可動電極26との間に並列に接続して使用される。尚
第6図において27は電源側端子、28は負荷側端子、
29は高圧電源、30は負荷を夫々示す。
このような構成のものにあっては、開閉器24における
可動接点26が固定接点25から離反する時そこにアー
クが生ずると、そのアークは光ファイバー14を通して
サイリスタTに前述の如く与えられる。
するとサイリスタTは前述の如く導通状態となり、端子
27.28間の電流はサイリスタTに移行して固定電橋
25及び可動電極26の間が無電圧となり、上記アーク
が消滅させられる。その後を源の位相がO″又は180
”(電圧が0)となる、とサイリスタは遮断状態となり
、1if#から負荷への通電が断たれる。
次に第11図は上記半導体板の異なる例を示すものであ
る0図において31はP形層、32はその表裏両面に備
えられたN形層を夫々示す。上記のような構成の半導体
板3は例えば次のようにして形成される。先ずシリコン
にガリウム或いは硼素を添加してP形半導体とする0次
にその表裏両面に夫々リン或いはアンチモンを拡散させ
て(N形層の形成’)NPN接合を形成することによっ
て上記半導体板3が形成される。このような半導体板は
前記第2図に示された半導体板3に代えて用いることが
できる。この場合、導体板4と重ね合わせて加熱し一体
に接合した場合、3価の金属7と接する箇所においては
上記金属7がN形層32に拡散してP形層が形成される
ことによりPNPN接合が形成され、一方5価の不純物
8と接する箇所はオーミンクな接合が形成される。
次に第12図は上記サイリスタの使用方法の異なる例を
示すもので、サイリスタTを導通させる為に、光を利用
せずパルス信号を加えてその導通を行なわせるようにし
た例を示すものである。サイリスタTと直列にアーク抵
抗に比して小なるインピーダンスを有するコイル34を
接続し、この直列回路を開閉器24の両接点25.26
と並列に接続しておく、開閉器の両接点の開離時におい
て生ずるアークは検出器35により検出し、この検出信
号をパルス発生器36に与え、さらに発生したパルス電
圧をコイル37に供給し、さらに同コイル37に対して
電磁気的結合をなした前記コイル34を介して前記パル
ス電圧をサイリスタTに印加して点弧する。
このようにすることにより、サイリスタTはブレークオ
ーバ電圧以上のパルス電圧を受けて点弧し、電f129
から負荷30に向かう11流は両接点25.26の開閉
動作に同期して同接点からサイリスタへ移行し、アーク
は消弧される。尚このような方法で使用するサイリスタ
にあっては、前記トリガー用の光を通す為の透孔や光フ
ァイバーは不要である。
(発明の効果) 以上のように本発明にあっては、線路
の電圧に耐え得る耐電圧を得るに充分な数の半導体板3
が積み重ねであるから高耐圧を得ることができ、また各
半導体板3においては一方の面から他方の面へ向けての
PNPN接合とその反対方向に向けてのPNPN接合と
が並んでいるから(即ち逆並列となっているから)、一
対の電極1゜2のいずれがプラス、他がマイナスとなっ
ても導通状態を得ることができ、交流の高圧負荷開閉器
の消弧用として適切に使用できる特長がある。
しかも上記のごとく多数枚の半導体板3及び導体板4が
積層されたものであっても、導通状態において各半導体
板3が発熱した場合には、各々において生ずる熱を夫々
個別に外周方向に向は導いて、放熱用張出部11から速
やかに放熱することができ、温度上昇を低く押え得る効
果がある。このことはサイリスタの通電可能な点弧容量
を大きくできると同時に、サイリスタのターンオフ特性
を安定化させられる利点がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本願の実施例を示すもので、第1図はサイリスタ
の縦断面図、第2図はサイリスタの分解正面図、第3の
1図は導体板の平面図、第3の2図はm−m線断面図、
第4の1図は半導体板の平面図、第4の2図は半導体板
の正面図、第5図は半導体板と導体板の接合状態を示す
部分拡大図、第6図はサイリスタの使用状態を示す回路
図、第7図及び第8図は半導体板の周側面の形状の異な
る例を示す部分拡大図、第9図及び第1O図は放熱用張
出部の異なる構成例を示す部分図、第11図は半導体板
の異なる例を示す拡大図、第12図はサイリスタの使用
方法の異なる例を示す回路図。 1.2・・・電極、3・・・半導体板、4・・・導体板
、11・・・放熱用張出部。 第1図 第9図 第1O図 第2図 1り 第4Jj1図              、3゜1つ
暑 第4tpIZ図              13Jz
図第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高圧線路用の高圧負荷開閉器における固定電極と可動電
    極との間に接続して、両電極間で生ずるアークを消弧す
    るようにした高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタにおい
    て、上記サイリスタは、上記固定電極と可動電極への接
    続用の一対の電極の間に、線路の電圧に耐え得る耐電圧
    を得るに充分な数の多数の半導体板と導体板とを交互に
    かつ積層状に介設させて構成されていると共に、相互に
    対向する半導体板と導体板とは相互に電気的に導通状態
    となっており、しかも上記各々の半導体板においては、
    その一部が一方の面から他方の面に向けてPNPN接合
    となっていると共に、他の部分はそれとは反対の方向に
    PNPN接合となっており、更に、上記多数の半導体板
    又は導体板又はその両者の外周には、多数の放熱用張出
    部が相互に間隔を隔てて備えられていることを特徴とす
    る高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタ。
JP10220785A 1985-05-14 1985-05-14 高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタ Granted JPS61260515A (ja)

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JPH051571B2 JPH051571B2 (ja) 1993-01-08

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0382160A (ja) * 1989-08-25 1991-04-08 Nec Kansai Ltd 半導体装置の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5342108A (en) * 1976-09-29 1978-04-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Sintered alloy superior in wear resistance
JPS55124254A (en) * 1979-03-08 1980-09-25 Siemens Ag Thyristor stack
JPS58500876A (ja) * 1981-04-16 1983-05-26 スクエア−デイ−カンパニ− ソリツド・ステ−ト消弧素子

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