JPS60161668A - サイリスタ装置 - Google Patents

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】 （発明の利用分野） 本発明はサイリスタ装置に係シ、特に、高電圧、大電流
用途に対して好適な、信頼性の萬いゲートトリガ部位置
合せ構造を備えた電力用サイリスタ装置に関する。

（発明の背景） 最近、電力用サイリスター特に、高圧直流送電変換装置
用サイリスタの分野においては、従来の電気トリガサイ
リスタに代って光直接点弧サイリスタが注目されている
。

光直接点弧サイリスタは、ゲートトリガ手段として、電
気トリガ信号を印加することにょシ駆動する、従来の電
気トリガサイリスタに対して、光トリガ信号によってサ
イリスタ素子を直接駆動するという特徴を持っている。

また、光直接点弧サイリスタが注目されている大きな理
由は、電気トリガサイリスタと比較して、主回路とゲー
ト制御回路を電気的に絶縁できることである。

その結果、光直接点弧サイリスタでは、ゲート制御回路
を簡略化でき、また光ゲート信号のため、電磁誘導ノイ
ズの影響を受けにくい等の利点があシ、したがって、装
置の小屋化、信頼性向上を期待できるようになる。

しかし、電力用の光直接点弧サイリスタでは、通常、サ
イリスタ素子と光トリガ信号源とが隔離されているので
、光トリガ信号源よシ、光ファイバ等を介して、サイリ
スタパッケージの光信号入口まで光トリガ信号を導き、
また、パッケージの内部では、ライトガイドなどを介し
て、パンケージ入口よりサイリスタ接合をもつペレツト
の受光部まで、光学的に結合させる構成となっている。

このため、電気トリガサイリスタに較べて、光直接点弧
サイリスタの方が、より数多くの部品を必要とする。そ
れ故に、光直接点弧サイリスクでは、次のような重要な
課題がある。

（１）パッケージの入口において、光ガイドとパッケー
ジの気密性を確保すること。

（２）パッケージの入口よシサイリスタ接合ペレット受
光部までの、光伝送効率が優れていること。

（３）ハラケージ内における、光ガイドの光トリガ信号
の出口端とペレット受光部との位置合わせ精度が良いこ
と。

前述のように、部品点数の多い光直接点弧サイリスクで
は、前記第３項の位置合せ精度を向上させることが、特
に重要な課題である。

第１図は、代表的な従来例である平形光直接点弧サイリ
スタの概略断面図、第２図はそのサイリスタ接合ペレッ
ト受光部近傍の拡大断面図を示す。

内部光ガイド１１は、光サイリスタ素子２のペレット受
光部１９側の出口端をしりかシ固定できる、例えば金属
性の支持治具１４で支えられる。。

前記治具１４は、スプリング１５によりペレット受光部
１９の方へ押圧され、したがって、前記出口端も受光部
１９にできるだけ近づく様に押圧されている。

さらに、前記金属性の支持治具１４が、受光部電極２２
および補助ゲート電極２３と接触しない様に、そしてカ
ソード外部電極６および中間金属緩衝板１７に対しては
、内部光ガイド１１の出口端とペレット受光ｓ１９との
位置合せ精度が出来るだけ良くなる様に、前記支持治具
１４と中間緩衝板１７との間に絶縁治具１８を挿入して
いる。

しかし、このよりな従来の構成においては、絶縁シール
８あるいは光ガイド１０の位置に対するベレット受光部
１９のパターン位置の相互ズレ公差、内部光ガイド１１
の長さ公差、ならびに支持治Ａ１４、絶縁治具１８、お
よび中間金属緩衝板１７の、それぞれの内径あるいは外
径寸法公差等が累積し、内部光ガイド１１の出口端とペ
レット受光ｓ１９との相対位置合わせ精度を、ある限度
以上に改善することは極めて難しい。

例えば、半導体ペレットの直径が８０ｍの場合、この位
置合せ精度の限度は±０．５　ｔｍ位となる。

また、内部光ガイド１１の出口端と受光部１９との間隔
は、最小点弧光入力を小さくするためには、できる限り
小さい方が好ましい。このためには、受光部電極２２お
よび補助ゲート電極２３と支持治具１４との間を絶縁し
ている絶縁治具１８の厚みを、できるだけ薄くする必要
がある。

しかし、絶縁治具１Ｂを、テフロンなどの柔軟性のあ仝
絶縁物で構成した場合には、支持治具１４が受光部電極
２２あるいは補助ゲート電極２３に接触してしま９恐れ
がある。

前記のような接触が生じた場合、光トリガによってサイ
リスタ素子を点弧させた直後に突入するアノード電流は
、受光部電極２２あるいは補助ゲート電極２３から、主
ｎ８層２１の方へは流れず、これらの電極と接触してい
る支持治具１４から、スプリング１５を通ってカソード
外部電極６へ直接流れてしまうようになる〇 従って、このような接触が生じた状態では、受光部分あ
るいは補助サイリスタ部分でのみ、電力消費が発生する
ことになる。それ故に、アノード電流が犬きくなると、
これらの部分にホットスポットを生じ、ついには素子破
壊に至るという欠点が生ずる。

１７ＩＣ，電気点弧式の増幅ゲートａサイリスタにおい
ても同様の欠点がある。このことを、第７図の増幅ゲー
ト型サイリスタの要部断面図を参照して説明する。

なお、第７図において、第２図と同一の符号は、同一ま
たは同等部分をあられしている。３０は金属リードゲー
ト、３１はゲート電極である。

この場合も、金属リードゲート３０の位置がずれて、補
助ゲート電極２３がカソード電極４あるいはゲート電極
３１と同電位になると、光直接点弧サイリスタに関して
前述したのと同様に、補助サイリスタ部分のみにアノー
ド電流が流れ、主サイリスタ部分が点弧し難くなって、
ホットスポットを生じたり、著しい場合には素子破壊に
至るという欠点がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、信
頼性の優れたゲートトリガ部位置合わせのできるサイリ
スク装置を提供することにある。

（発明の概要） 前記の目的を達成するために、本発明は、内部光ガイド
まだは導電性ゲートリードを保持する支持治具と中間金
属緩衝板との間に介在さｉする固定用ガイドを、サイリ
スタ素子の表面絶縁保護接着膜で接着可能な材料（例え
ば、金属など）で構成し、内部光ガイドの出口端または
導電性ゲート１ノードの接触端をペレット受光部または
ゲート電極に正しく位置合せした状態で、前記接着膜に
より、前記固定用ガイドをサイリスタ素子の表面に接着
固定した点にある。

（発明の実施列） 以下に、本発明の特徴とするところを、具体的な実施列
により詳述する。第３図は本発明の一実施例の断面図で
ある。なお、同図において、第２図と同一の符号は、同
一または同等部分をあられしている。

第２図との対比から明らかなように、この実施例が第２
図の従来例と異なる点は、絶縁治具１Ｂの代りに設けら
れた固定用金属ガイド２５が、受光部電極２２および補
助ゲート電極２３を被覆した絶縁保護膜２４によって、
サイリスタ素子２の表面に接着されている−ことである
。

これによシ、本実施例におヅる内部光ガイド１１の出口
端とペレット受光部１９との位置合わせ精度は、ペレッ
ト受光部１９と固定用金属ガイド２５との相対公差、固
定用金属ガイド２５の内径寸法の公差、支持治具１４の
内外径の公差、および内部光ガイド１１の長さのみによ
って決まるようになる。

それ故に、本発明によれば、従来例に比較して大幅な、
内部光ガイド１１の出口端の位置合わせ精度向上が期待
できる。これに伴ない、サイ替スタの点弧特性のバラツ
キを少なくできる。

半導体基体直径が８０■のサイリスタ素子を用いた、本
発明者らの実験では、内部光ガイド１１の出口端とペレ
ット受光部１９の各中心軸の相対位置ずれのばらつきは
、従来装置に比べて半分以下にできることが確認できた
。

なお、本発明に用いる絶縁保護膜２４としては、ＩＣｔ
たはＬＳＩの電極パターンの配線の絶縁によく使われて
いるポリイミド系樹脂−例えば、ＰＩＱやポリイミドシ
リコーン等が好ましい。

前述のポリイミド系樹脂の中には、膜厚１μｍ当り２０
０ｖ前後の絶縁耐圧が得られるものがある。

そして、一般に、光直接点弧サイリスタの補助ゲート電
極２３および受光部電極２２は、カソード電位に対して
数１００ｖ程度の絶縁耐圧が確保できればよいので、前
記絶縁保護膜２４の膜厚は、数μｍ〜２０μｍ４れば充
分である。

この場合、固定用金属ガイド２５の材料をアルミニウム
、銅、タングステン、モリブデン等とすれば、ポリイミ
ドを用いて十分接着できる。

絶縁保護膜２４として、ポリイミドシリコーン、ＰＩＱ
などを用いた場合の実験結果では、（１）接着力は数１
０ｋｇ−ｗｔが得られ、また（２）補助ゲート電極２３
と同定用金属ガイド２５間の絶縁耐圧は、カソード外部
電極６、中間金属緩衝板１７、支持治具１４への放電を
防止した状態において、１５００　Ｖ以上で多ることを
確認できた。

なお、本発明に用いる固定用ガイド２５の材料としては
、前述のような金属の外にも、絶縁保護膜２４で接着可
能であり、かつ所要の精度に加工できるものであれに１
　どのような材料でも用い得ることは当然でるる。

第４図は本発明の他の実施例の概略断面図、第５図はそ
の要部の拡大断面図である。本実施例も、光直接点弧サ
イリスタ装置についてのものであシ、第３図の実施例と
異なる点は、固定用金属ガイド２５をカソード外部電極
４のグー））リガ手段用溝穴３３と係合する様な構成と
することにより、サイリスタ素子２の平面移動可能量を
よシ一層減少させることを可能としだものである。

すなわち、第４図、第５図の実施例においては、サイリ
スタ素子２の移動可能量は、固定用金属ガイド２５とカ
ソード外部電極６の間の間隔のみに相当する量であるの
で、第３図の場合よりも一層小さくなる。

また、従来の−例えば、第１図に示したサイリスタ装置
では、アノード電極３は、半導体ベレットの補強のため
と、温度係数が半導体ベレットのそれに比較的近いとい
う理由によシ、タングステン、モリブデン等の数■厚の
金属が主に用いられていた。

しかし、本実施例では、アノード電極２６は、カソード
電極４と同様に、例えばアルミニウム等の薄い蒸着膜で
形成する。

第５図に良く示されているように、アノード電極２６と
アノード外部電極５０間には、平滑な中間金属緩衝板２
７を挿入する。そして、アノード外部電極５のほぼ中央
に凹部を設け、さらに中間金属緩衝板２７にも同位置に
くり抜き孔部を設ける。

前記凹部および孔部に係合する様に、固定用金属ガイド
２８を、カソード側と同様に、サイリスク素子２のアノ
ード電極２６に、絶縁保＠接着膜２９によって固定する
。以上の構成によって、中間金属緩衝板２７の平面移動
を防止している。

第４，５図に示したような構成では、サイリスク素子２
０重量は従来の約１ＺｌＯ位、りまシ数１０ｇであるの
で、接着膜２９の接着強度（通常は数１０ｋｇ−ｗｔ）
よシも十分に少ない。このため、固定用金属ガイド２５
が、外部衝撃などによって剥がれるような心配はない。

また、明らかなように、この実施例によれば、第３図−
の実施例と同様な、ペレット受光部１９に対する内部光
ガイド１１の出口端の位置ずれ防止の作用効果も、もち
ろん期待できる。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。本実施例が第３図〜第５図のサイリスタ装置と
異なるのは、ゲートトリガ手段として光トリガではなく
電気トリガを採用したサイリスタを対象としている点で
ある。

なお、第６図において、第３図、第５図と同一の符号線
、同一または同等部分をあられしている。

３０は金属ゲートリード、３１はゲート電極である。

この実施例は、光直接点弧サイリスタにおける内部光ガ
イド１１０代りに金属ゲートリード３０を具備している
。光直接点弧サイリスタの場合と比較して、金属ゲート
リード３０とゲート電極３１とは、電気的に低抵抗接触
していれば良く、高精度の位置合わせはそれ程必要とし
ない。

しかし、明らかなように、補助ゲート電極２３が、カソ
ード電極４あるいはゲート電極３１と同電位になること
は好ましくない、）第６図の様に、絶縁保換接着膜２４
によって、補助ゲート電極２３を絶縁保護し、固定用金
属ガイド２５を、サイリスタ素子２０表面に位置合せし
て接着することにより、上記と同様な作用効果が期待で
きる。

（発明の効果） 本発明によれば、電力用サイリスタにおいて、ゲートト
リガ手段とサイリスタ接合半導体素子のゲート部との高
精度位置合せおよび補助ゲート電極の絶縁保饅が可能と
なシ、点弧特性のそろった、信頼性の優れた電力用サイ
リスタ素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光直接点弧サイリスタの断面略図、第２
図は第１図の光直接点弧サイリスタの断面部分拡大図、
第３図は本発明の一実施例である光直接点弧サイリスタ
の断面部分拡大図、第４図は本発明の他の実施例である
光直接点弧サイリスタの断面略図、第５図は第４図の断
面部分拡大図、第６図は本発明のさらに他の実施例であ
る電気点弧サイリスタの断面部分拡大図、第７図は従来
の電気点弧サイリスタの断面部分拡大図である。 ２・・・サイリスタ素子、３・・・アノード電極、４・
・・カソード電極、５・・・アノード外部電極、６・・
・カソード外部電極、７・・・金属フランジ、８・・・
絶縁シール、９・・・金属コネクタ、１０・・・光ガイ
ド、１１・・・内部光ガイド、１２・・・光伝送ファイ
バ、１３・・・金属袋ナツト、１４・・・叉持治具、１
５・・・スプリング、１６・・・連結治具、１７・・・
カソード側中間金属緩衝板、１８・・・絶縁治具、１９
・・・受光部ｎＩｃ層、２０・・・補助一層、２１・・
・主ｎ８層、２２・・・受光部電極、２３・・・補助ゲ
ート電極、２４・・・絶縁保欣接着膜、２５・・・固定
用金属ガイド、２６・・・アノード電極、２７・・・ア
ノード側中間金属緩衝板、２８・・・固定用金属ガイド
、２９・・・金属ガイド接着膜、３０・・・金属ゲート
リード、３１・・・ゲート電極、３３・・・ゲートトリ
ガ手段用溝穴 代理人弁理士　平　木　道　人 矛　１　ロ 牙　２　ロ 矛　３　口 牙４　ロ １＆ 矛　７　ロ 第１頁の続き ＠発明者　武者　修二　日立重輪 内 ０発　明　者　阪　上　正　日立市幸町内 ［相］発明者　羽石　常男　日立重輪 内 Ｏ発明者　根本　豊−日立重輪

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ｐｎｐｎ　４層サイリスタ構造を有し、さらに
   その一方の主面に露出するベレット受光部領域を形成さ
   れたサイリスタ素子と、前記一方の主面上に設けられ、
   前記ベレット受光部領域およびこれに隣接する半導体領
   域を短絡する受光部電極と、前記一方の主面上に、前記
   受光部電極から隔離して設けられた第１主電極と、前記
   サイリスタ素子の他方の主面↓に設けられた第２主電極
   と、前記第１および第２主電極の各外側に、それぞれ対
   応する主電極と導電接触状態で配置された第１および第
   ２の外部主電極と、その両端が、前記第１および第２の
   外部主電極に気密固着された筒状の絶縁シールと、前記
   筒状絶縁シールを貫通し、その一端が前記ペレット受光
   部領域に対向された光ガイドと、前記光ガイドの一端を
   保持する支持治具と、前記支持治具を固定する固定用ガ
   イドと、前記受光部電極およびその近傍のサイリスタ素
   子表面を蔽い、かつ前記固定用ガイドを所定位置に接着
   する絶縁保護接着膜とを具備したことを特徴とするサイ
   リスタ装置。
2. （２）固定用ガイドが金属であることを特徴とする特許
3. （３）絶縁保護接着膜がポリイミド系樹脂よりなること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のサイリスタ装置。
4. （４）サイリスタ素子は増幅ゲート屋サイリスタ構造を
   有し、前記受光部電極と第１主電極との間に補助ゲート
   電極が形成されたことを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項、第２項または第３項記載のサイリスタ装置。
5. （５）　ｐｎｐｎ　４層で構成され、主サイリスタ部分
   および補助サイリスタ部分よりなるサイリスタ素子と、
   前記サイリスタ素子の一方の主面上に互いに隔離して設
   けられたゲート電極および補助ゲート電極と、前記一方
   の主面上に、前記ゲート電極および補助ゲート電極から
   隔離して設けられた第１主電極と、前記サイリスタ素子
   の他方の主面上に設けられた第２主電極と、前記第１お
   よび第２主電極の各外側に、それぞれ対応する主電極と
   導電接触状態で配置された第１および第２の外部主電極
   と、その両端が、前記第１および第２の外部主電極に気
   密固着された筒状の絶縁シールと、前記筒状絶縁シール
   を貫通し、その一端が前記ゲート電極に導電接触された
   導電性ゲートリードと、前記ゲートリードの一端を保持
   する支持治具と、前記支持治具を固定する固定用ガイド
   と、前記補助ゲート電極およびその近傍のサイリスタ素
   子表面を蔽い、かつ前記固定用ガイドを所定位置に接着
   する絶縁保護接着膜とを具備したことを特徴とするサイ
   リスタ装置。
6. （６）固定用ガイドが金属であることを特徴とする特許
7. （７）絶縁保護接着膜がポリイミド系樹脂よりなること
   を１＃微とする前記特許請求の範囲第５項記載のサイリ
   スタ装置。