JPS6021569A - 光直接点弧形サイリスタ装置およびその製造方法 - 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】 （利用分野） 本発明は、光ＩＫ接点弧形サイリスク装置およびその製
造方法に係り、特に、光伝送系と受光部との光軸を精度
よく位置合せをし、低い光エネルギーでも容易にサイリ
スタ米子を導通状態にすることのできる光直接点弧形サ
イリスタ装置およびその製造方法に関する。

（背　ｔ） 光直接点弧形サイリスタは、光の照射信号にょシ順電圧
阻止状態から導通状態に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。

光直接点弧形サイリスタは、通常の電気信号によシター
ンオンさせる、いわゆる電気ゲート点弧形ザイリスタと
比較した場合、主回路とゲート制御回路とを電気的に絶
縁できる為、装置のゲート制御甲路を簡略化できるとい
う利点がある。

更ｌこ、ゲート信号として光エネルギーを用いる為、電
磁誘導ノイズの影響を受けｉこくい等の利点もある。

この為、最近、高電圧直流送電等の、サイリスタを多数
個直列に接続して使用する様な高電圧変換装置Ｃこ、光
直接点弧形サイリスタを利用することが盛んｌこなって
きている。

しかしながら、光直接点弧形サイリスタでは、電気ゲー
トサイリスタと異なシ、サイリスタ素子内部の半導体基
体にまで、例えばガラスファイバーのような光伝送路で
、光信号を導く為に、この光伝送路を支持或いは固定す
るための、数多くの部品が必要とされる。

第１図は、光直接点弧形ザイリスタ装（１（以下、率に
「光サイリスタ装置」と略称する）の従来例の断面構造
概略図を示したものである。

光サイリスタ装置１は、ｐｎｐｎのサイリスタ接合を有
する半導体基体２の両生面側に、低抵抗接触されたアノ
ード電極３及びカソード電極４を設けると共に、これを
、更にこわら電極の外側に配設した、アノード外部電極
５及びカソード外部電極６によって挾持した構造となっ
ている。

これらの外部を極５．６は、金属フランジ７Ａ。

７Ｋによって接続される円筒状の絶縁性シール８により
絶縁および気密封止される。それ故に、光サイリスタ装
置ｌの内部は気密に保たれている。

外部よシ、矢印で示すように伝送されてきた光信号は、
絶縁性シール８の一部を貫通する金属コネクタ９に、そ
の一端が気密固定される光ファイバ１０を通して、半導
体基体２の受光部へ導入される。

かかる従来例において、光サイリスタ装置をターンオン
させる光信号を伝送する材料は光ファイバである為に、
この光ファイバを、半導体基体２の受光部に精変よく位
置決めし、かつ固定しなければならない。

一般に、光伝送ファイバの光軸と受光部の光軸との相対
的位置すれが１０％以下であれば、半導体基体の最小点
弧光入力のズレも約１０％以内に抑えることができるこ
とが経験的に知られている。

例えば為光ファイバ１０の光入力端にて、最小点弧光入
力が　１５ｍＷ以下というような場合には、通常運転時
には、ゲートオーバードライブ率が約１０倍以上の先入
カー即ち１５０ｍＷ　以上の光入力信号によって、サイ
リスタ素子をターンオンさせている。

逆に、現在の技術水準において、光ファイバ１０の入力
端へ供給できる光信号の入力パワーは、最大ｘ５ｏｍＷ
程度である。それ故に、前記ゲートオーバードライブ率
を１０倍以上にしようとすると、サイリスタ素子の最小
点弧光入力を１５　ｍ　Ｗ　ｓ或いはそれ以下に低減す
ることが要求される。

前記のゲートオーバードライブ率が小さい場合、サイリ
スタ素子が点弧した後における、点弧領域の拡がり速度
がおそくなる。このために、点弧領域が半導体基体の全
面に拡がらない間に、挾い点弧領域に主１！流が流れ込
み、局部的な電流集中を生じて、サイリスタ素子を破壊
させてし才うという欠点がある。

因みに、電気ゲートサイリスタにおいては、通常、ゲー
トオーバードライブ率は約２０倍程度としている。

従って、前記光伝送ファイバ１０は、半導体基体２の受
光部に対して、その光軸ずれが１０％以下となるようｌ
こ糖蜜よく固定させる必要がある。

以上の点に鑑み、光サイリスタ装置の良好な組立作業性
および光軸のずれ防止性を考慮して、第２図に示すよう
な光サイリスタ装置が提案されている（特開昭５７−）
１８７７０号参照）。

第２図は、光ファイバの接続部分を説明するための要部
断面図である。なお、図において、゛第１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１光フアイバＩＯＡは、金属コネクタ９を介して絶縁
シール８に固着される。前記第１光フアイバＩＯＡの内
側（出射側）端に（才、支持用治具２２が取付けられる
。一方、第２光フアイバＩＯＨの入射側端には、支持用
治具２１が固着される。

そして、前記支持用治ＪＬ２１　と２２とを連結具２０
で固着することにより、第１光フアイバＩＯＡの内側端
と第２光フアイバ１０Ｂの入射側端との光軸合せが可能
となるように構成されている。

また、第２光フアイバＩＯＨの光出力端一すなわち、半
導体基体２の受光部と対向する側の端部には、金属製固
定金ＪＬＩＩが固定される。前記金属製固定金具１１に
は、半導体基体２の表面上の領域や電極との接触を防止
するための絶縁性キャップ１３がかぶせられる。

前述のように固着一体化された第２光フアイバ１０　Ｂ
、金属製固定金具１１詔よび絶縁性キャップ１３の組立
体は、カソード電極板４に設けられた開口または窓１６
に嵌合される。

すなわち、従来例では、前述した様に、半導体基体２の
受光部に対して、第２の光ファイバＩＯＢの出射端を精
度良く位（睨合わせ出来るように、第２の光ファイバ１
０Ｂを金属製の固定金具１１ｉｒよって固定し、史にそ
の外側に絶縁性のキャンプ１３を挿入する構造としてい
る。

そして、この様な＃Ｖ造とした場合、第２の光ファイバ
ＩＯＢは、第１の光フアイバ１０人１こ対して光学的に
精度良く固定されねばならないから、組立作業性を考慮
して、最初に第２の光ファイバ１０　Ｂの入射側端が、
第１の光ファイバＩＯＡの内側端に精度よく光学的に結
合固定されるのが普通である。

このために、まず最初に、第２図に示したように、第１
の光ファイバＩＯＡの内側端に支持用治具２２を、また
第２の光ファイバＪＯＢの入射端に支持用治具２１をそ
れぞれ固着する。そして、これらの支持用治具２１，２
２１！連結其２０で一体的に固定連結される。

その後、第２の光ファイバＩＯＢの出射端（光出力端）
）ｉｌ−半導体基体２の受光部に位置合わせしなければ
ならない。

この場合、半導体基体２の受光部に相対向するカソード
電極板４に窓１６を開け、第２の光ファイバＩＯＢを金
属製固定金具１１および絶縁性キャップ１３と共に挿入
することになる。ところで、明らかなようＩＣ１前記の
構造の絶縁性キャップ１３等の組立体をカソード電極板
４の窓１６に挿入させる為には、窓１６の内壁面とキャ
ップ１３の外周面との間のギャップを多少大きくとるこ
とが必要である。

このように、窓１６の内壁面と絶縁性キャップ１３の外
周面との間にギャップがあると、明らかなように、第２
光フアイバＪＯＢの光出力端を窓１６に挿入した後に、
これらの間でがたを生ずることになる。

したがって、従来の装置では第２光フアイバ１０Ｂの光
出力端と半導体基体２の受光部との相対的な位置合せ精
度が低下する欠点を生ずる。

そして、このように位置合せ精度が低下すれば、明らか
なように、光サイリスタ装置に注入される点弧用光エネ
ルギの利用効率が小さくなり、点弧性能が悪化し、著し
い場合にはサイリスタ素子が破壊されてしまうという欠
点を招来する。

（目　的） 本発明の目的は、前記の欠点を除去し、光（伝送）ファ
イバと半導体基体の受光部との相対的な光軸のずれをな
くシ、前記光（伝送）ファイバを半導体基体の受光部に
対して精度よく支持、固定できるようにした光直接点弧
形サイリスタ装置、およびその製造方法を提供すること
にある。

（概　要） 前記の目的を達成するために、本発明は、光直接点弧形
サイリスタにおいて、光信号を半導体基体の受光部へ伝
送する光ファイバの光出力端を金属製の金具で固定し、
更に、その外側を絶縁性キャップで覆った組立体をカソ
ード電極板の窓または開口ζこ挿入して、光ファイバの
光出力端を半導体基体の受光部に対向させると共に、前
記窓の内壁面と絶縁性キャップの外周面との間のギャッ
プに適宜の固定用リングを嵌合させ、これによって、前
記組立体と窓の内壁との間の相対的移動を防止した点に
特徴がある。

（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、本発明になる光（伝送）ファイバの光出力端
に取付ける個々の部品を示す分解断面略図、第４図詔よ
び第５図は組立工程を示すための断面図である。ｔた、
第５図（ま、第３図で示した個々の部品を精度よく組−
ヒげた、完成後の断面略図である。

光（伝送）ファイバＩＯＨの光出力端には、前記光（伝
送）ファイバＩＯＢを支持固定する金属製固定金具　１
１が取り付けられ、金属製ナラ目２を用いて締付けられ
ている。

前記の金属製固定金具１１は、光ファイバＩＯＢを損傷
しないように、例えばアルミニウムのような比較約款い
材料で作られることが望しい。或いはまた、銅などの通
常の金属に、銀のようなメッキ膜を形成させることによ
っても、同様に、光ファイバＩＯＢの損傷防止効果が期
特出来る。

更に、この取付部品として金属材料を使用している為に
、光フアイバ内を伝送されてきた光信号が、光ファイバ
と金属部品との接点において反射され、効率よく光信号
を伝送できるという２重の効果が期特出来る。

また、これらの金属製固定金具１１及び金属製ナツト１
２は、光（伝送）ファイバ１０　Ｂの光出力端面と同一
面となるように保持されている。それ故に、これらの組
立物を、そのまま半導体基体２の受光部に押圧すると、
半導体基体２を損傷することがある、という不都合があ
る。

前記の不都合を防止するために、前記の金属製固定金具
１１およびナツト１２を取りまくように、前記光（伝送
）ファイバ１０　Ｂの光出力端側に対向させて、柔軟な
材料（例えば、テフロンのような熱可塑性樹脂）よシな
るキャップ１３を前記光出力端部に装着する。

このような構成とすることＣζより、半導体素子１を動
作運転する場合に、アノード側およびカソード側の外部
１！極板５，６が、両側よシ圧接されても、光ファイバ
ＩＯＢ及び金属製固定金具１１、ナツト１２の押圧によ
って、半導体基体２が損傷されることを防り卜すること
ができる。

この実施例では、前Ｈｊｒのように一体化したｇ２光フ
ァイバ１０１１、金属製固定金具１１、金属製ナツト１
２および絶縁性キャップ１３などの組立体を、カソード
醒極板４の開口１６に挿入する前に、第４図に示すよう
に、第２光フアイバＩＯＨの端部より内側に固定用リン
グ１４（例えば、テフロンで作られた）を予め嵌挿させ
ておく。

この状態で、従来例におけると同様に、前記組立体をカ
ソード電極板４の開口１６に挿入する。

このとき、前述から明らかなように、また、第５図に明
示したように、開口１６の内壁面と絶縁性キャップ１３
の外周面との間ｌζは、ある大きさの隙間が残される。

その後、この実施例では、前記固定用リング１４を前記
隙間内１こ押込み、前記組立体が開口１６に対して相対
的な移動をしないように、これを固定する。

なお、前記固定用リング１４は、前述のように合成樹脂
（例えば、テフロン）などの絶縁物で形成されることが
でき、その厚みは、前記した開口１６の内壁面と絶縁性
キャンプ１３の外周面との間に生ずる隙間の大きさに相
応して選定されなければならない。

この場合、前記固定用リング１４の厚みに、下端から上
方に向っ′Ｃ肉厚が増加するようなテーパを付けておけ
ば、前記隙間に挿入する際の作業性が良好となり、かつ
絶縁性キャップ１３を開口１６内にきっちシと固定でき
るようになる利点がある。

（効　果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つぎ
のような効果が達成される。

（１）光ファイバの光出力端を、半導体基体の受光部に
対して、精度良く（光軸のずれなしに）位置決めできる
ので、光エネルギの有効利用率を高め、サイリスタ重子
のターンオン特性を改善し、そのばらつきを少なくする
ことができる。

（２）絶縁性キャップの外周面と、カソード電極板の窓
または開口の内壁面との間の隙間を大きくすることがで
きるので、組立作業が容易にな〕、作業能率を上げるこ
とができる。

（３）テフロンリングの肉厚にテーパを付けておけば、
テフロンリングの挿入作業が容易になり、かつ絶縁性キ
ャップのカソード電極板の開口に対する固定性を改善で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するのに好適な、一般的な光直接
点弧形サイリスタ装置の断面図、第２図は従来の光直接
点弧形サイリスタ装置の光フアイバ部の要部を示す断面
図、第３図は本発明の一実施例を示す分解断面図、第４
図および第５図は第３図の実施例の組立工程を示すため
の断面図、第６図は第３図の実施例の組立工程完了後の
断面図である。 ４・・・カソードｉ［ＭＭ板、　ＩＯＡ　、、、第１光
フアイバ、　ＩＯＢ・・・第２光フアイバ、１１・・・
金属製固定金具、１２・・・金属製ナツト・　１３・・
・絶縁性キャップ、１４・・・固定用リング、１６・・
・窓（開１コ） 代理人弁理士　平　木　道　人 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光部を有する光音接点弧形サイリスタ素子が形
   成された半導体基体と、前記半導体基体の両主面に配設
   されたアノード電極板およびカソード電極板と、前記ア
   ノード電極板およびカソード電極板を両側から挾むよう
   に配設さねたアノード側外部璽、極板およびカソード側
   外部電極板と、前記半導体基体、アノード電極板、カソ
   ード電極板、アノード側外部電極板ａよびカソード側外
   部電極板よりなる積層体を取囲む絶縁シールと、前記絶
   縁シールの上下端面ならびにアノード側外部電極板およ
   びカソード側外部電極板に、それぞれ気密固着された金
   属フランジと、その一端が前記絶縁シールを気密に貫通
   し、他端が前記半導、体基体の受光部に対向配置された
   光ファイバとを有する光直接点弧形サイリスタ装置であ
   って、前記光ファイバの光出力端に固定された固定金具
   と、前記固定金具を覆うようにその光端に固定された絶
   縁性キャップと、前記光ファイバの光出力端、固定金具
   および絶縁性キャップの組立体が挿入されるように、前
   記受光部に対向するカソード電極板の一部に形成された
   窓と、前記窓の内壁面および絶縁性キャップの外周面の
   間に、きつちシと挿入された固定用リングとを具備した
   ことを特徴とする光直接点弧形サイリスタ装置。
2. （２）前記固定用リングは、その下端から上方に向って
   肉厚が増加するように、テーパを付けられていることを
   特徴とする特許 記載の光直接点弧形ザイリスタ装置。
3. （３）受光部を有する光直接点弧形サイリスタ素子が形
   成された半導体基体と、前記半導体基体の両主面に配設
   されたアノード電極板およびカソード電極板と、前記ア
   ノード電極板およびカソード電極板を両側から挾むよう
   に配設されたアノード側外部電極板およびカソード側外
   部電極板と、前記半導体基体、アノード電極板、カソー
   ド電極板、アノード側外部電極板およびカッ−ド側外部
   電極板よシなる積層体を取囲む絶縁シールと、前記絶縁
   シールの上下端面ならびにアノード側外部電極板および
   カソード側外部電極板に、それぞれ気密固着された金属
   フランジと、その一端が前記絶縁シールを気密に貫通し
   、他端が前記半導体基体の受光部に対向配置された光フ
   ァイバとを有する光直接点弧形サイリスタ装置の製造方
   法であって、前記光７アイバの光出力端に固定金具、お
   よび前記固定金具を覆う絶縁性キャップを固定して一体
   に組立てる工程と、前記光ファイバの光出力端、固定金
   気および絶縁性キャップの組立体を、カソード電極板の
   一部に、前記受光部に対向するように形成さｉまた窓に
   挿入する工程と、ＡＩＪＲｅ窓の内壁面および絶縁性キ
   ャップの外聞１ｍの間にＩｉ！ｉｌ定用リングを挿入し
   、前記光ファイバの先出万端を前記受光部に対して位１
   ｕ決めする工程とを具備したことを％徴とする光直接点
   弧形（Ｊ・イリスタ装置の製造方法。
4. （４）前記固定用リングは、その下端から上方に向って
   肉厚が増加するよ・５に、テーバを付けられていること
   を特徴とする特許 記載の光直接点弧形サイリスク装置の製造方法。