WO2000042663A1 - Dispositif a semiconducteur colle par compression - Google Patents

Dispositif a semiconducteur colle par compression Download PDF

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Futoshi Tokunoh
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • H01L2924/19042—Component type being an inductor

Definitions

  • the present invention relates to a press-contact type semiconductor device such as a GCT (Gate Commutated Turn-off) thyristor.
  • GCT Gate Commutated Turn-off
  • GTO Gate Turn-Off
  • GCT Gate Commutated Turn-off thyristor
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional pressure contact type semiconductor device, for example, a GCT described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330572.
  • 1 is a GCT
  • 2 is a semiconductor substrate
  • an aluminum gate electrode 2a is formed on the outer periphery of the surface of the semiconductor substrate 2
  • a force electrode 2b and a gate are formed inside the gate electrode 2a.
  • An anode electrode 2c is formed on the back side of the electrode 2a.
  • Reference numerals 3 and 4 denote a cathode strain buffer and an external cathode electrode sequentially loaded on the force source electrode 2 b side of the surface of the semiconductor substrate 2, respectively.
  • Anode strain buffer plate and external anode electrode, 7 is a ring gate made of iron or nickel alloy The electrode is in contact with the gate electrode 2 a of the semiconductor substrate 2.
  • Reference numeral 8 denotes an annular external gate terminal made of iron or nickel alloy, which is not fixed but is electrically connected to the ring gate electrode 7.
  • Reference numeral 9 denotes an elastic body such as a disc spring, which presses the ring gate electrode 7 together with the external gate terminal 8 to the gate electrode 2a via the annular insulator 10.
  • 11 is an insulator that insulates the ring gate electrode 7 from the force sword buffer 3 and the external cathode electrode 4, 12 is the first flange fixed to the external cathode electrode 4, and 13 is the external anode.
  • the second flange 14 fixed to the electrode 6 is an insulating cylinder made of ceramic or the like and divided into upper and lower parts.
  • the outer periphery of the external gate terminal 8 protrudes outward from the side of the insulating cylinder 14.
  • the end 15 fixed by mouth to the dividing part 14a by mouth and the mouth 15 fixed by mouth to the insulating cylinder 14 is connected to the first and second flanges 12 and 13 by an arc.
  • GCT 1 is hermetically sealed by welding and has a hermetically sealed structure, and the inside is replaced with an inert gas.
  • GCT1 When turning on GCT1, a current flows from the external gate terminal 8 to the external cathode electrode 4.
  • the current rising slope of the gate current generally needs to be 100 A / ⁇ s or more, and the turn-on spread speed of the GCT1 needs to be increased.
  • the power when the power is turned off, a current flows from the external cathode electrode 4 to the external gate terminal 8, but in order to operate without the snubber circuit for assisting the power off, the main current of the GCT 1 is required.
  • the force source electrode 2 b of the semiconductor substrate 2, the force source strain buffer 3, and the external cathode electrode 4 are pressed from the outside of the GCT 1 with a large force of several hundred kg / cm 2.
  • the elastic body 9 is arranged on the outer periphery of the external cathode electrode 4, the gate electrode 2a of the semiconductor substrate 2, the ring gate electrode 7, and the external gate terminal 8 are pressed against each other only by the elastic body 9. Is done. For this reason, the pressure at the contact portion A between the external gate terminal 8 and the ring gate electrode 7 is several kg / cm 2 , and when the contact resistance sufficient to instantaneously apply the large power as described above cannot be obtained. There was.
  • the external gate terminal 8 is made of iron or nickel alloy because of its ease of brazing to the ceramic material of the insulating cylinder 14, the magnetic field of the external circuit during high frequency operation causes local The problem is that abnormal heat is generated due to electromagnetic induction, which may affect the characteristics of the semiconductor substrate 2.
  • an object of the present invention is to provide a press-contact type semiconductor device capable of suppressing an increase in contact resistance of a current path from an external gate terminal to an external force source electrode.
  • the contact portion between the inner peripheral portion of the external gate terminal and the ring gate electrode it is possible to suppress the occurrence of variation in the contact resistance in the surface of the external gate terminal due to the undulation generated in the circumferential direction of the external gate terminal.
  • the purpose is to provide insulation displacement semiconductor devices.
  • a gate electrode and a cathode electrode are formed on a front surface of a semiconductor substrate, and an anode electrode is formed on a back surface. Further, an external cathode electrode is disposed so as to be able to press against the cathode electrode, and an external anode electrode is disposed so as to be able to press against the anode electrode. Then, an insulating cylinder enclosing the semiconductor substrate is provided, and an outer gate terminal having an outer peripheral portion protruding from a side of the insulating cylinder and a protruding portion whose inner peripheral portion is in contact with the gate electrode is provided. The external gate terminal is pressed against the gate electrode by an elastic body.
  • the external gate terminal and the gate electrode are directly connected to each other.
  • the contact resistance eliminates the contact resistance existing between the external gate terminal and the ring gate electrode in the conventional technology, and as a result, the contact of the current path from the external gate terminal to the external force source electrode is eliminated. It is possible to suppress an increase in resistance, and Ability can be improved.
  • a ring-shaped press-contact assist block may be provided between the protrusion of the external gate terminal and the elastic body.
  • the ring-shaped press-contact assist block is provided between the protrusion of the external gate terminal and the elastic body as described above, the dispersion of the press-contact force at the contact portion between the external gate terminal and the gate electrode is reduced.
  • the contact resistance in the plane of the external gate terminal due to the undulation generated on the inner peripheral part of the external gate terminal due to the distortion due to the thermal residual stress at the time of brazing the external gate terminal and the insulating cylinder It is possible to suppress the occurrence of variations in the size.
  • the protrusion that contacts the gate electrode may be formed integrally with the external gate terminal.
  • the protrusion that contacts the gate electrode is formed integrally with the external gate terminal as described above, the external gate terminal and the gate electrode come into direct contact with each other, and the external gate terminal and the ring gate electrode are formed by the conventional technology.
  • the contact resistance interposed between the electrodes can be eliminated, and therefore, it is possible to suppress an increase in the contact resistance of the conduction path from the external gate terminal to the external cathode electrode.
  • the protrusion that contacts the gate electrode may be formed in a ring shape.
  • the press-contact force of the contact portion between the external gate terminal and the gate electrode can be increased to about several ten times the conventional value.
  • the member of the external gate terminal may be made of a non-magnetic material.
  • the external gate terminal is locally electromagnetically actuated by the magnetic field of the external circuit during high-frequency operation. It is possible to suppress abnormal heat generation due to the induction.
  • a gate electrode is formed on the outer peripheral portion of the surface of the disk-shaped semiconductor substrate, a cathode electrode is formed inside the gate electrode, and an anode electrode is formed on the back surface.
  • an external force source electrode having a first flange is disposed on the force source electrode via a cathode strain buffer plate so as to be able to press against the electrode, and a second flange is provided on the anode electrode via an anode strain buffer plate.
  • An external anode electrode is disposed so as to be able to be pressed against it, and is fixed to each end fixed to the first flange and the second flange, including the semiconductor substrate, the cathode strain buffer and the anode strain buffer.
  • Insulated cylinders are installed.
  • An outer gate terminal is formed by an annular plate which is fixed to the insulating cylinder, an outer peripheral part of which is projected from a side of the insulating cylinder and an inner peripheral part of which is formed with a projection which comes into contact with the gate electrode.
  • An insulator is provided for pressing the external gate terminal against the gate electrode with an elastic body to electrically insulate the inner peripheral portion of the external gate terminal from the external cathode electrode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a press-contact type semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 shows a configuration of a press-contact type semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. It is sectional drawing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional pressure contact type semiconductor device.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a press-contact type semiconductor device, for example, a GCT according to Embodiment 1 of the present invention.
  • reference numeral 21 denotes a GCT
  • 22 denotes a disk-shaped semiconductor substrate
  • a gate electrode 22a made of aluminum is formed on an outer peripheral portion of the surface of the semiconductor substrate 22
  • An anode electrode 22c made of aluminum is formed on the back side of the force source electrode 22b made of aluminum and the gate electrode 22a inside the 2a.
  • Reference numerals 23 and 24 denote a cathode strain buffer plate made of molybdenum and an external cathode electrode made of copper, which are sequentially stacked on the force source electrode 22b side of the surface of the semiconductor substrate 22, and 25 and 26, respectively. These are an anode distortion buffer plate made of molybdenum and an external anode electrode made of copper, which are sequentially stacked on the anode electrode 22c side.
  • 27 is a first flange made of iron, nickel or the like fixed to the external force electrode 24, 28 is a second flange made of iron, nickel or the like fixed to the external anode electrode 26, 29 is It is an insulating cylinder made of ceramic or the like, and is vertically divided at a dividing part 29a.
  • Reference numeral 30 denotes an external gate terminal made of a non-magnetic annular plate composed mainly of a material not subject to electromagnetic induction, such as copper, molybdenum, tungsten, or an alloy thereof, such as phosphor bronze.
  • a ring-shaped projection 30a protruding outward from the side of 29 and being air-tightly fixed to the divided portion 29a by brazing and abutting on the inner periphery of the gate electrode 22a
  • the protruding portion 30a has a ring-shaped flat portion of about 0.5 mm at the tip portion abutting the gate electrode 22a. are doing.
  • Numeral 31 denotes an elastic body made of a disc spring, a wave spring, or the like, which presses the external gate terminal 30 to the gate electrode 22a via a press-contact auxiliary block 32 described later.
  • Reference numeral 32 denotes an auxiliary pressure contact block made of a material such as a ring-shaped molybdenum having rigidity and a coefficient of thermal expansion close to that of silicon, and is disposed between the elastic body 31 and the projection 30a of the external gate terminal 30.
  • the elastic body 31 is electrically insulated from the press-contact auxiliary block 32 by the annular insulator 33.
  • Reference numeral 35 denotes an insulator made of an insulating sheet such as Teflon or polyimide.
  • the insulator is provided between the inner peripheral portion of the external gate terminal 30 and the external force source electrode 24, and has an inner peripheral portion of the external gate terminal 30. Section and the external force electrode 24 are electrically insulated.
  • Reference numeral 36 denotes an end made of iron, nickel, or the like. One end is airtightly fixed to the insulating cylinder 29, and the other end is airtightly bonded to the first flange 27 or the second flange 28, so that the GCT 21 Has a sealed structure, and the inside is replaced with inert gas.
  • the gate current rise gradient is generally set to 100 A / ⁇ s or more, and the turn-on spread speed of the GCT 21 must be increased. is there.
  • the power is turned off, a current flows from the external cathode electrode 24 to the external gate terminal 30.
  • the main current of the GCT 21 is required.
  • the external gate terminal 30 is in contact with the gate electrode 22a.
  • a projection 30a is formed.
  • the external gate terminal 30 directly contacts the gate electrode 22a, and the contact existing between the external gate terminal 8 and the ring gate electrode 7 by the conventional technology.
  • the resistance can be eliminated, so that it is possible to suppress an increase in the contact resistance of the conduction path from the external gate terminal 30 to the external cathode electrode 24, and to improve the gate conduction capability. It can be done.
  • a ring-shaped press-contact assist block 32 is provided between the protrusion 30 a of the external gate terminal 30 and the elastic body 31.
  • the projection 30a is formed in a ring shape, and the tip of the projection 30a in contact with the gate electrode 22a has a ring-shaped flat portion of about 0.5 mm. ing.
  • the pressure contact force at the contact portion between the external gate terminal 30 and the gate electrode 22a can be increased to about several ten times that of the conventional case. Distortion due to thermal residual stress at the time of attaching the insulation tube 29 to the insulation cylinder 29 corrects the undulation that occurs on the inner periphery of the external gate terminal 30, and provides sufficient contact resistance to instantaneously apply high power. It will be possible to gain resistance.
  • the member of the external gate terminal 30 is made of a non-magnetic material. With this configuration, it is possible to suppress the external gate terminal 30 from being abnormally heated by high frequency operation due to local electromagnetic induction due to the magnetic field of the external circuit. It becomes possible.
  • the insulator 35 and the elastic body were placed with the external force electrode 24 to which the first flange 27 was fixed placed on the lower side.
  • the annular insulator 33, and the press-fitting auxiliary block 32 After assembling the body 31, the annular insulator 33, and the press-fitting auxiliary block 32, the semi-finished product with the external gate terminal 30 and the end 36 fixed to the insulating cylinder 29 in another process is positioned.
  • the first flange 27 is fixedly integrated with the end 36 fixed to the insulating cylinder 29 at a desired position.
  • the external cathode electrode 24 and the external gate terminal 30 can be positioned, and therefore, the semiconductor base 22 is provided with a molded part 2 2d Is engaged with the external gate terminal 30, so that the semiconductor base 22, the external gate terminal 30, and the external cathode electrode 24 can be accurately positioned with respect to each other.
  • FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a GCT according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same reference numerals as those used in FIG. 1 indicate the same or equivalent parts.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 only in that the auxiliary press block 32 shown in FIG. 1 is not required and the configuration of the external gate terminal 30 is changed. That is, reference numeral 42 denotes an external gate terminal formed of a nonmagnetic annular plate composed mainly of a material not subject to electromagnetic induction, such as copper, molybdenum, tungsten, or an alloy thereof such as phosphor bronze.
  • a ring-shaped projection made of a non-magnetic annular plate composed mainly of a material not subject to electromagnetic induction, such as phosphor bronze, in contact with the gate electrode 22a on the ring gate 42b
  • the projection 42c has a ring-shaped flat portion of about 0.5 mm at the tip of the projection 42c in contact with the gate electrode 22a.
  • 41 is a GCT.
  • a ring-shaped protruding portion 42c contacting the gate electrode 22a is formed on a ring gate portion 42b brazed to the inner peripheral portion of the external gate terminal 42. Is formed.
  • the external gate terminal 42 and the gate electrode 22a are in direct contact with each other, and have been interposed between the external gate terminal 8 and the ring gate electrode 7 in the conventional technology.
  • the contact resistance can be eliminated, so that it is possible to suppress an increase in the contact resistance of the conduction path from the external gate terminal 42 to the external force source electrode 24, and to increase the gate conduction capability. Can be improved.
  • the GCT has been described.
  • the present invention can be applied to a press-contact type semiconductor device having a main electrode and a control electrode, such as a press-contact type GTO or a press-contact IGBT, and has the same effect.
  • the press-contact type semiconductor device is suitable for turning on and off a large current of a main circuit at high speed by gate control.
  • a BTB bus tie breaker
  • SVG reactive power generator
  • papermaking large-capacity inverters for driving steel mills
  • electric substations such as ground substations and other high-voltage large-capacity switches. I have.

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Description

明 现
圧接型半導䜓装眮 技術分野
この発明は、 G C T (Gate Commutated Turn-off) サむ リス倕のよう な圧接型半導䜓装眮に関するものである。 背景技術
G T O (Gate Turn-Off)サむ リス倕は、 これたで倧容量パワヌ゚レク ト ロニクスに応甚出来るデバむスずしお幅広く利甚されおいるが、 スナバ 回路を必芁ずし、 この動䜜電圧の増加に䌎うスナバ損倱の増加を抑制す るこずが困難であった。 しかし、 このスナバ回路を削陀した G C T (Gate Commutated Turn-off) サむ リス倕 以䞋、 単に G C Tずいう によ぀ お、 最倧遮断電流が 6 0 0 O A及びタヌンオフ蓄積時間が 3〃 s以䞋の 性胜を実珟し、 曎なる倧容量化及び高速化に拍車がかかっおいる。
第 3図は、 埓来の圧接型半導䜓装眮で、 䟋えば特開平 8— 3 3 0 5 7 2号公報に蚘茉された G C Tの構成を瀺す断面図である。 図においお、 1は G C Tを瀺し、 2は半導䜓基䜓で、 半導䜓基䜓 2の衚面の倖呚郚に アルミニりムのゲヌト電極 2 aが圢成され、 ゲヌト電極 2 aの内偎に力 ゜䞀ド電極 2 b及びゲヌト電極 2 aの裏偎にアノヌド電極 2 cが圢成さ れおいる。 3及び 4はそれそれ半導䜓基䜓 2の衚面の力゜ヌド電極 2 b 偎に順次積茉されたカ゜䞀ド歪緩衝板及び倖郚カ゜䞀ド電極、 5及び 6 はそれそれァノヌド電極 2 c偎に順次積茉されたァノ䞀ド歪緩衝板及び 倖郚ァノ䞀ド電極、 7は鉄もしくはニッケル合金からなるリングゲ䞀ト 電極で、 半導䜓基䜓 2のゲヌト電極 2 aに接する。 8は鉄もしくはニッ ケル合金からなる環状の倖郚ゲヌト端子で、 固定されおいないがリング ゲヌト電極 7ず電気的に接続されおいる。 9は皿ばねのような匟性䜓で、 環状絶瞁䜓 1 0を介しお倖郚ゲヌト端子 8ずずもにリングゲヌト電極 7 をゲヌト電極 2 aに抌圧する。 1 1はリングゲヌト電極 7ず力゜ヌド歪 緩衝板 3及び倖郚カ゜ヌド電極 4ずを絶瞁する絶瞁䜓、 1 2は倖郚カ゜ ―ド電極 4に固着された第 1のフランゞ、 1 3は倖郚ァノ䞀 ド電極 6に 固着された第 2のフランゞ、 1 4はセラミック等からなり䞊䞋に分割さ れた絶瞁筒で、 倖郚ゲヌト端子 8の倖呚が絶瞁筒 1 4の偎方から倖に突 出するずずもに分割郚 1 4 aに口䞀付けにお気密に固着され、 絶瞁筒 1 4に口䞀付けにお固着された端郚 1 5は第 1及び第 2のフランゞ 1 2及 び 1 3ずアヌク溶接にお気密に固着されお、 G C T 1は密閉された構造 になっおおり、 この内郚は䞍掻性ガスで眮換されおいる。
次に、 G C T 1の動䜜に぀いお説明する。 G C T 1をタヌンオンする ずきには倖郚ゲヌト端子 8から倖郚カ゜ヌド電極 4に向かっお電流を流 す。 このずきのゲヌト電流の電流立ち䞊がり傟きは、 䟋えば G C T 1を 電流制限リアク トル無しで動䜜させる堎合、 䞀般に 1 0 0 0 A /〃s以 䞊ずし、 G C T 1のタヌンオン広がり速床を速める必芁がある。 又、 倕 —ンオフするずきには倖郚カ゜䞀ド電極 4から倖郚ゲ䞀ト端子 8に向か ぀お電流を流すが、 倕䞀ンオフを補助するスナバ回路無しで動䜜させる ためには、 G C T 1の䞻電流に盞圓する電流を玄 1 Sでゲヌトに転流 させるため、 数千 A/// sの傟きで通電する必芁がある。 このような倧 電流を瞬時に通電するためには倖郚ゲヌト端子 8から倖郚カ゜ヌド電極 4に至る通電路の接觊抵抗を極力小さくする必芁がある。
半導䜓基䜓 2の力゜ヌド電極 2 b、 力゜ヌド歪緩衝板 3、 倖郚カ゜ヌ ド電極 4は G C T 1の倖偎から数 1 0 0 k g / c m 2の倧きな力で圧接 されるが、 匟性䜓 9が倖郚カ゜䞀ド電極 4の倖呚郚に配眮されおいるた め、 半導䜓基䜓 2のゲヌト電極 2 aずリングゲヌト電極 7、 倖郚ゲヌト 端子 8は匟性䜓 9のみで圧接される。 このため、 倖郚ゲヌト端子 8ずリ ングゲ䞀卜電極 7の接觊郚 Aの圧力は数 k g / c m2ずなり、前蚘のよう な倧電力を瞬時に通電するのに十分な接觊抵抗を埗られない堎合があ぀ た。
埓来の G C T 1は以䞊のように構成されおいるので、 以䞋のような問 題点があった。
倖郚ゲヌト端子 8ず絶瞁筒 1 4の分割郚 1 4 aずの口䞀付け時の熱残 留応力による歪みにより、 倖郚ゲヌト端子 8の内呚郚ずリングゲヌト電 極 7の接觊郚 Aにおいお、 倖郚ゲヌト端子 8が円呚方向にうねりを発生 するこずがあった。 しかし、 倖郚ゲヌト端子 8が匟性䜓 9のみで圧接さ れるため、 接觊郚 Aの圧力は数 k g / c m2ずなり、 該うねりを矯正する こずができなかった。 このため、 接觊郚 Aの接觊抵抗が所望の接觊抵抗 よりも倧きくなる、 即ち倖郚ゲヌト端子 8から倖郚力゜ヌド電極 4に至 る通電路の接觊抵抗が倧きくなるずいう問題点があった。 この結果、 G C T 1の倕䞀ンオフ時における逆方向ゲ䞀ト電流の傟きが䞍足する等、 ゲヌトの通電胜力を阻害する芁因ずなっおいた。
又、 該うねりに䌎う接觊異垞は、 環状の倖郚ゲヌト端子 8の面内で接 觊抵抗のばら぀きを生むずいう問題点があった。 この結果、 郚分的にゲ —ト電流の通電胜力が䜎䞋しお極端な倕䞀ンオフ胜力の䜎䞋を招くこず があった。
又、 倖郚ゲヌト端子 8には、 絶瞁筒 1 4の材料であるセラミ ックずの ロヌ付けの容易さから鉄もしくは二ッケル合金を甚いおいるので、 高呚 波動䜜時に倖郚回路の磁界により局郚的に電磁誘導をうけお異垞発熱し 、 半導䜓基䜓 2の特性にも圱響を及がす堎合があるずいう問題点があ぀ た。
埓っお、 本発明は、 倖郚ゲヌト端子から倖郚力゜ヌド電極に至る通電 路の接觊抵抗が倧きくなるこずを抑制できる圧接圢半導䜓装眮を提䟛す るこずを目的ずしおいる。
又、 倖郚ゲヌト端子の内呚郚ずリングゲヌト電極の接觊郚においお、 倖郚ゲヌト端子が円呚方向に発生するうねりに䌎う倖郚ゲヌト端子の面 内での接觊抵抗のばら぀きを発生するこずを抑制できる圧接圢半導䜓装 眮を提䟛するこずを目的ずしおいる。
又、 倖郚ゲヌト端子が高呚波動䜜時に倖郚回路の磁界により局郚的に 電磁誘導をうけお異垞発熱するこずを抑制するこずができる圧接圢半導 䜓装眮を提䟛するこずを目的ずしおいる。 発明の開瀺
本発明においおは、 半導䜓基䜓の衚面にゲヌト電極及びカ゜䞀ド電極 を圢成するずずもに、 裏面にアノヌド電極を圢成する。 たた、 このカ゜ 䞀ド電極に倖郚カ゜ヌド電極を圧接可胜に配蚭し、 ァノヌド電極に倖郚 アノヌド電極を圧接可胜に配蚭する。 そしお、 半導䜓基䜓を内包した絶 瞁筒を蚭け、 この絶瞁筒の偎方から倖呚郚が突出されるずずもに内呚郚 がゲヌト電極ず圓接する突起郚が圢成された倖郚ゲヌト端子を蚭けお、 この倖郚ゲヌト端子をゲヌト電極に匟性䜓で抌圧しおいる。 このように ゲヌト電極ず圓接する突起郚が圢成された倖郚ゲヌト端子を蚭けお、 こ の倖郚ゲヌト端子をゲヌト電極に匟性䜓で抌圧した堎合には、 倖郚ゲ䞀 ト端子ずゲヌト電極ずが盎接接觊し、 埓来の技術で倖郚ゲヌト端子ずリ ングゲ䞀ト電極ずの間に介圚しおいた接觊抵抗をなくすこずができ、 こ のため、 倖郚ゲヌト端子から倖郚力゜ヌド電極に至る通電路の接觊抵抗 が倧きくなるこずを抑制させるこずが可胜ずなり、 たた、 ゲヌトの通電 胜力を向䞊させるこずができる。
さらに、 本発明においおは、 倖郚ゲヌト端子の突起郚ず匟性䜓ずの間 にリング状の圧接補助プロックを蚭けもよい。 このように倖郚ゲ䞀ト端 子の突起郚ず匟性䜓ずの間にリング状の圧接補助プロックを蚭けた堎合 には、 倖郚ゲヌト端子ずゲヌト電極ずの接觊郚における圧接力のばら぀ きを緩和するこずができ、 このため、 倖郚ゲヌト端子ず絶瞁筒ずのロヌ 付け時の熱残留応力による歪みにより、 倖郚ゲヌト端子の内呚郚に発生 するうねりに䌎う倖郚ゲヌト端子の面内で接觊抵抗のばら぀きが発生す るこずを抑制させるこずが可胜ずなる。
さらに、 本発明においおは、 ゲヌト電極ず圓接する突起郚を倖郚ゲヌ ト端子に䞀䜓圢成にしおもよい。 このようにゲヌト電極ず圓接する突起 郚を倖郚ゲヌト端子に䞀䜓圢成にした堎合には、 倖郚ゲヌト端子ずゲ䞀 ト電極ずが盎接接觊し、 埓来の技術で倖郚ゲ䞀ト端子ずリングゲヌト電 極ずの間に介圚しおいた接觊抵抗をなくすこずができ、 このため、 倖郚 ゲヌト端子から倖郚カ゜ヌド電極に至る通電路の接觊抵抗が倧きくなる こずを抑制させるこずが可胜ずなる。
さらに、 本発明においおは、 ゲヌト電極ず圓接する突起郚をリング状 にしおもよい。 このようにゲ䞀ト電極ず圓接する突起郚をリング状にし た堎合には、 倖郚ゲヌト端子ずゲヌト電極ずの接觊郚の圧接力は、 埓来 の数 1 0倍皋床に増加するこずができ、 このため、 倖郚ゲヌト端子ず絶 瞁筒ずのロヌ付け時の熱残留応力による歪みにより、 倖郚ゲヌト端子の 内呚郚に発生するうねりを矯正し、 倧電力を瞬時に通電するのに十分な 接觊抵抗を埗させるこずが可胜ずなる。
さらに、 本発明においおは、 倖郚ゲヌト端子の郚材を非磁性材にしお もよい。 このように倖郚ゲヌト端子の郚材を非磁性材にした堎合には、 倖郚ゲヌト端子が、 高呚波動䜜時に倖郚回路の磁界により局郚的に電磁 誘導をうけお異垞発熱するこずを抑制させるこずが可胜ずなる。
さらに、 本発明においおは、 円板状をした半導䜓基䜓の衚面の倖呚郚 にゲヌト電極を圢成しおこのゲヌト電極の内偎にカ゜ヌド電極を圢成す るずずもに、 裏面にアノヌド電極を圢成する。 たた、 この力゜ヌド電極 にカ゜ヌド歪緩衝板を介しお第 1のフランゞを有する倖郚力゜ヌド電極 を圧接可胜に配蚭するずずもに、 アノヌド電極にァノヌド歪緩衝板を介 しお第 2のフランゞを有する倖郚ァノヌド電極を圧接可胜に配蚭し、 半 導䜓基䜓、 カ゜ヌド歪緩衝板及びァノ䞀ド歪緩衝板を内包しお第 1のフ ランゞ及び第 2のフランゞず固着された各端郚に固着された絶瞁筒を蚭 けおいる。 そしお、 この絶瞁筒に固着され、 倖呚郚が絶瞁筒の偎方から 突出されるずずもに内呚郚がゲヌト電極ず圓接する突起郚が圢成された 環状板からなる倖郚ゲ䞀ト端子を蚭け、 この倖郚ゲヌト端子を匟性䜓で ゲヌト電極に抌圧しお、 倖郚ゲヌト端子の内呚郚ず倖郚カ゜ヌド電極ず を電気的に絶瞁する絶瞁䜓を備えおいる。 このようにゲヌト電極ず圓接 する突起郚が圢成された環状板からなる倖郚ゲヌト端子を蚭け、 この倖 郚ゲヌト端子を匟性䜓でゲヌト電極に抌圧した堎合には、 倖郚ゲヌト端 子ずゲヌト電極ずが盎接接觊し、 埓来の技術で倖郚ゲ䞀ト端子ずリング ゲヌト電極ずの間に介圚しおいた接觊抵抗をなくすこずができ、 このた め、 倖郚ゲヌト端子から倖郚カ゜ヌド電極に至る通電路の接觊抵抗が倧 きくなるこずを抑制させるこずが可胜ずなり、 たた、 ゲヌトの通電胜力 を向䞊させるこずができる。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の実斜の圢態 1に係る圧接圢半導䜓装眮の構成を瀺す 断面図である。
第 2図は本発明の実斜の圢態 2に係る圧接圢半導䜓装眮の構成を瀺す 断面図である。
第 3図は埓来の圧接圢半導䜓装眮の構成を瀺す断面図である。 発明を実斜するための最良の圢態
本発明をより詳现に説述するために、 添付の図面に埓っおこれを説明 する。
第 1図は本発明の実斜の圢態 1に係る圧接圢半導䜓装眮、 䟋えば G C Tの構成を瀺す断面図である。 第 1図においお、 2 1は G C Tを瀺し、 2 2は円板状の半導䜓基䜓で、 半導䜓基䜓 2 2衚面の倖呚郚にアルミ二 ゥムからなるゲヌト電極 2 2 aが圢成され、 ゲヌト電極 2 2 aの内偎に アルミニりムからなる力゜ヌド電極 2 2 b及びゲヌト電極 2 2 aの裏偎 にアルミニりムからなるァノヌド電極 2 2 cが圢成されおいる。 2 3及 び 2 4はそれぞれ半導䜓基䜓 2 2衚面の力゜ヌド電極 2 2 b偎に順次積 茉されたモリブデンからなるカ゜ヌド歪緩衝板及び銅からなる倖郚カ゜ ヌド電極、 2 5及び 2 6はそれぞれアノヌド電極 2 2 c偎に順次積茉さ れたモリブデンからなるァノ䞀ド歪緩衝板及び銅からなる倖郚アノヌド 電極である。 2 7は倖郚力゜ヌド電極 2 4に固着された鉄、 ニッケル等 からなる第 1のフランゞ、 2 8は倖郚アノヌド電極 2 6に固着された鉄、 ニッケル等からなる第 2のフランゞ、 2 9はセラミックなどからなる絶 瞁筒で、 分割郚 2 9 aで䞊䞋に分割されおいる。 3 0は銅、 モリブデン、 タングステン、 又はそれらの合金䟋えば燐青銅等の電磁誘導を受けない 材料を䞻成分ずしお構成された非磁性材の環状板からなる倖郚ゲヌト端 子で、 倖呚郚が絶瞁筒 2 9の偎方から倖に突出するずずもに分割郚 2 9 aにロヌ付けにお気密に固着され、 内呚郚にゲ䞀ト電極 2 2 aに圓接す るリング状の突起郚 3 0 aが圢成されおおり、 この突起郚 3 0 aのゲヌ ト電極 2 2 aに圓接する先端郚は玄 0 . 5 m mのリング状の平面郚を有 しおいる。 3 1は皿ばね又は波ばね等からなる匟性䜓で、 埌述の圧接補 助ブロック 3 2を介しお倖郚ゲヌト端子 3 0をゲヌト電極 2 2 aに抌圧 しおいる。 3 2はリング状のモリブデン等の剛性があり熱膚匵率がシリ コンに近い材料からなる圧接補助プロックで、 匟性䜓 3 1 ず倖郚ゲヌト 端子 3 0の突起郚 3 0 aずの間に配蚭され、 環状絶瞁䜓 3 3で匟性䜓 3 1 ず圧接補助プロック 3 2ずを電気的に絶瞁しおいる。 3 5はテフロン あるいはポリむ ミ ド等の絶瞁シヌトからなる絶瞁䜓で、 倖郚ゲヌト端子 3 0の内呚郚ず倖郚力゜ヌド電極 2 4ずの間に蚭けられ、 倖郚ゲヌト端 子 3 0の内呚郚ず倖郚力゜ヌド電極 2 4ずを電気的に絶瞁しおいる。 3 6は鉄、 ニッケル等からなる端郚で、 䞀方が絶瞁筒 2 9ず気密に固着さ れ、 他方が第 1のフランゞ 2 7たたは第 2のフランゞ 2 8ず気密に固着 されお G C T 2 1が密閉された構造になっおおり、 この内郚は䞍掻性ガ スで眮換されおいる。
次に、 動䜜に぀いお説明する。 G C T 2 1を倕䞀ンオンするずきには、 倖郚ゲヌト端子 3 0から倖郚カ゜䞀ド電極 2 4に向かっお電流を流す。 このずきのゲヌト電流の電流立ち䞊がり傟きは、 䟋えば G C T 2 1を電 流制限リァク トル無しで動䜜させる堎合、 䞀般に 1 0 0 0 A /〃s以䞊 ずし、 G C T 2 1のタヌンオン広がり速床を速める必芁がある。 又、 倕 —ンオフするずきには倖郚カ゜ヌド電極 2 4から倖郚ゲ䞀ト端子 3 0に 向かっお電流を流すが、 タヌンオフを補助するスナバ回路無しで動䜜さ せるためには、 G C T 2 1の䞻電流に盞圓する電流を玄 1〃sでゲヌト に転流させるため、 数千 Α / sの傟きで通電する必芁がある。 このよ うにタヌンオンあるいはタヌンオフするずきの倧電流を瞬時に通電する ためには、 倖郚ゲヌト端子 3 0から倖郚カ゜ヌド電極 2 4に至る通電路 の接觊抵抗を極力小さくするこずが必芁である。
実斜の圢態 1では、 倖郚ゲヌト端子 3 0がゲヌト電極 2 2 aず圓接す るずずもに、 突起郚 3 0 aが圢成されおいる。 このように構成するこず によっお、 倖郚ゲ䞀ト端子 3 0ずゲヌト電極 2 2 aずが盎接接觊し、 埓 来の技術で倖郚ゲヌト端子 8ずリングゲヌト電極 7ずの間に介圚しおい た接觊抵抗をなくすこずができ、 このため、 倖郚ゲヌト端子 3 0から倖 郚カ゜ヌド電極 2 4に至る通電路の接觊抵抗が倧きくなるこずを抑制さ せるこずが可胜ずなり、 たた、 ゲヌトの通電胜力を向䞊させるこずがで さる。
たた、 倖郚ゲヌト端子 3 0の突起郚 3 0 aず匟性䜓 3 1 ずの間にリン グ状の圧接補助プロック 3 2を蚭けおいる。 このように構成するこずに よっお、 薄板からなる倖郚ゲヌト端子 3 0ずゲヌト電極 2 2 aずの接觊 郚における圧接力のばら぀きを緩和するこずができ、 このため、 倖郚ゲ —ト端子 3 0ず絶瞁筒 2 9ずのロヌ付け時の熱残留応力による歪みによ り、 倖郚ゲヌト端子 3 0の内呚郚に発生するうねりに䌎う倖郚ゲ䞀ト端 子 3 0の面内での接觊抵抗のばら぀きを発生するこずを抑制させるこず が可胜ずなる。
たた、 突起郚 3 0 aがリング状に圢成されおおり、 この突起郚 3 0 a がゲ䞀卜電極 2 2 aに圓接する先端郚は玄 0 . 5 m mのリング状の平面 郚を有しおいる。 このように構成するこずによっお、 倖郚ゲヌト端子 3 0ずゲヌト電極 2 2 aずの接觊郚の圧接力は、 埓来の数 1 0倍皋床に増 加するこずができ、 このため、 倖郚ゲヌト端子 3 0ず絶瞁筒 2 9ずの口 䞀付け時の熱残留応力による歪みにより、 倖郚ゲヌト端子 3 0の内呚郚 に発生するうねりを矯正し、 倧電力を瞬時に通電するのに十分な接觊抵 抗を埗させるこずが可胜ずなる。
たた、 倖郚ゲヌト端子 3 0の郚材を非磁性材にしおいる。 このように 構成するこずによっお、 倖郚ゲヌト端子 3 0が、 高呚波動䜜時に倖郚回 路の磁界により局郚的に電磁誘導をうけお異垞発熱するこずを抑制させ るこずが可胜ずなる。
尚、 実斜の圢態 1に瀺す G C T 2 1の組立においおは、 第 1のフラン ã‚ž 2 7が固着された倖郚力゜ヌド電極 2 4を䞋偎に茉眮した状態で、 絶 瞁䜓 3 5、 匟性䜓 3 1、 環状絶瞁䜓 3 3、 圧接補助プロック 3 2を組み 蟌んだ埌、 別の工皋で絶瞁筒 2 9に倖郚ゲヌト端子 3 0及び端郚 3 6を 固着した半完成品を䜍眮決めし、 その埌、 第 1のフランゞ 2 7を所望の 䜍眮で絶瞁筒 2 9に固着されだ端郚 3 6ず固着しお䞀䜓化しおいる。 こ のように構成するこずによっお、 倖郚カ゜ヌド電極 2 4ず倖郚ゲヌト端 子 3 0ずが䜍眮決めされるこずができ、 このため、 半導䜓基䜓 2 2はそ の倖呚郚に斜したモヌルド郚 2 2 dが倖郚ゲヌト端子 3 0ず係合するの で、 半導䜓基䜓 2 2、 倖郚ゲ䞀ト端子 3 0、 倖郚カ゜ヌド電極 2 4が互 いに粟床よく䜍眮決めさせるこずが可胜ずなる。
次に、 本発明の他の実斜の圢態に係る圧接圢半導䜓装眮に぀いお、 第 2図を甚いお説明する。
第 2図は本発明の実斜の圢態 2に係る G C Tの構成を瀺す断面図であ る。 第 2図で䜿甚した笊号のうち、 第 1図で䜿甚した笊号ず同䞀のもの は、 同䞀たたは盞圓品を瀺す。 第 2図においお第 1図ず異なるずころは 第 1図で瀺された補助圧接プロック 3 2を䞍芁ずし、 倖郚ゲ䞀ト端子 3 0の構成を倉えおいるずころのみである。 即ち、 4 2は銅、 モリブデン、 タングステン、 又はそれらの合金䟋えば燐青銅等の電磁誘導を受けない 材料を䞻成分ずしお構成された非磁性材の環状板からなる倖郚ゲヌト端 子で、 倖呚郚 4 2 aが絶瞁筒 2 9の偎方から倖に突出するずずもに分割 郚 2 9 aにロヌ付けにお気密に固着され、 内呚郚にロヌ付けされた銅、 モリプデン、 タングステン、 又はそれらの合金䟋えば燐青銅等の電磁誘 導を受けない材料を䞻成分ずしお構成された非磁性材の環状板からなる リングゲ䞀ト郚 4 2 bにゲヌト電極 2 2 aず圓接するリング状の突起郚 4 2 cがヌ䜓圢成されおおり、 この突起郚 4 2 cのゲヌト電極 2 2 aに 圓接する先端郚は玄 0 . 5 mmのリング状の平面郚を有しおいる。 尚、 4 1は G C Tである。
実斜の圢態 2では、 倖郚ゲ䞀ト端子 4 2の内呚郚にロヌ付けされたリ ングゲ䞀ト郚 4 2 bにゲヌト電極 2 2 aず圓接するリング状の突起郚 4 2 cがヌ䜓圢成されおいる。 このように構成するこずによっお、 倖郚ゲ —ト端子 4 2 ずゲヌト電極 2 2 aずが盎接接觊し、 埓来の技術で倖郚ゲ ヌト端子 8ずリングゲヌト電極 7ずの間に介圚しおいた接觊抵抗をなく すこずができ、 このため、 倖郚ゲヌト端子 4 2から倖郚力゜ヌド電極 2 4に至る通電路の接觊抵抗が倧きくなるこずを抑制させるこずが可胜ず なり、 たた、 ゲヌトの通電胜力を向䞊させるこずができる。
尚、 実斜の圢態 1 2では G C Tのゲヌト構造の䞀䟋ずしお、 半導䜓 基䜓の衚面の倖呚郚にゲ䞀卜電極が圢成しおいるものに぀いお説明した が、 半導䜓基䜓の衚面の䞭間郚にゲヌト電極が圢成しおいるものでもよ く、 同様の䜜甚効果を奏する。
たた、 実斜の圢態 1 , 2では G C Tに぀いお説明したが、 圧接型 G T 0あるいは圧接型 I G B T等の䞻電極ず制埡電極を有する圧接型半導䜓 装眮にも適甚でき、 同様の䜜甚効果を奏する。 産業䞊の利甚可胜性
以䞊のように、 本発明にかかる圧接型半導䜓装眮は、 ゲヌト制埡によ り䞻回路の倧電流を高速にタヌンオン · タヌンオフするのに適しおおり 、 䟋えば電力甚応甚ずしおは B T B (バスタむブレヌカ · S V G (無 効電力発生装眮 等、 工業甚応甚ずしおは補玙 ·補鉄圧延機駆動甚倧容 量むンバヌ倕等、 電鉄応甚ずしおは地䞊倉電所等、 その他高圧倧容量ス ィ ツチ等に適しおいる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 衚面にゲヌト電極及び力゜ヌド電極を圢成するずずもに、 裏面にァ ノヌド電極が圢成された半導䜓基䜓、
䞊蚘カ゜ヌド電極に圧接可胜に配蚭された倖郚カ゜䞀ド電極、 䞊蚘アノヌド電極に圧接可胜に配蚭された倖郚アノヌド電極、 䞊蚘半導䜓基䜓を内包しだ絶瞁筒、
倖呚郚が䞊蚘絶瞁筒の偎方から突出するずずもに䞊蚘絶瞁筒に固定 され、 内呚郚に䞊蚘ゲヌト電極ず圓接する突起郚が圢成された倖郚ゲヌ ト端子、
䞊蚘倖郚ゲヌト端子を䞊蚘ゲヌト電極に抌圧する匟性䜓
を備えたこずを特城ずする圧接型半導䜓装眮。
2 . 倖郚ゲヌト端子の突起郚ず匟性䜓ずの間にリング状の圧接補助プロ ックを蚭けたこずを特城ずする請求項 1蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
3 . 突起郚をリング状にしたこずを特城ずする請求項 2蚘茉の圧接型半 導䜓装眮。
4 . 倖郚ゲヌト端子の郚材を非磁性材にしたこずを特城ずする請求項 3 蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
5 . 倖郚ゲヌト端子に突起郚が䞀䜓圢成されたこずを特城ずする請求項 1蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
6 . 突起郚をリング状にしたこずを特城ずする請求項 5蚘茉の圧接型半
7 . 倖郚ゲ䞀ト端子の郚材を非磁性材にしたこずを特城ずする請求項 6 蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
8 . 衚面の倖呚郚にゲヌト電極が圢成され、 このゲヌト電極の内偎に力 ゜䞀ド電極を圢成するずずもに、 裏面にァノ䞀ド電極が圢成された円板 状の半導䜓基䜓、
䞊蚘カ゜ヌド電極にカ゜ヌド歪緩衝板を介しお圧接可胜に配蚭され
、 第 1のフランゞを有する倖郚力゜ヌド電極、
䞊蚘ァノヌド電極にァノヌド歪緩衝板を介しお圧接可胜に配蚭され 、 第 2のフランゞを有する倖郚アノヌド電極、
䞊蚘半導䜓基䜓、 カ゜ヌド歪緩衝板及びアノヌド歪緩衝板を内包し 、 䞊蚘第 1のフランゞ及び䞊蚘第 2のフランゞず固着された各端郚に固 着された絶瞁筒、
倖呚郚が䞊蚘絶瞁筒の偎方から突出するずずもに䞊蚘絶瞁筒に気密 に固着された環状板からなり、 内呚郚が䞊蚘ゲヌト電極ず圓接する突起 郚が圢成された倖郚ゲヌト端子、
䞊蚘倖郚ゲヌト端子を䞊蚘ゲヌト電極に抌圧する匟性䜓、 䞊蚘倖郚ゲヌト端子の内呚郚ず䞊蚘倖郚カ゜ヌド電極ずを電気的に 絶瞁する絶瞁䜓を備えたこずを特城ずする圧接型半導䜓装眮。
9 . 倖郚ゲヌト端子の突起郚ず匟性䜓ずの間にリング状の圧接補助プロ ックを蚭けたこずを特城ずする請求項 8蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
1 0 . 倖郚ゲヌト端子に突起郚が䞀䜓圢成されたこずを特城ずする請求 項 8蚘茉の圧接型半導䜓装眮。
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