(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にゲート電極及びカソード電極を形成するとともに、裏面にアノード電極が形成された半導体基体と、上記半導体基体を内包した絶縁筒と、上記ゲート電極に当接するリングゲート電極と、外周部が上記絶縁筒の側方から突出するとともに上記絶縁筒に固着され、内周部が上記リングゲート電極と当接する外部ゲート端子とを備えた圧接型半導体素子、
上記外部ゲート端子と電気的に接続された外部の制御装置に接続可能な制御ゲート電極、
上記外部ゲート端子と同心に配設され、上記外部ゲート端子と上記制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部を押圧する弾性体を有する支持部材、
上記圧接型半導体素子を圧接するとともに上記支持部材を支持するスタック電極
を備えたことを特徴とする圧接型半導体装置。
【請求項２】
弾性体が環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧接型半導体装置。
【請求項３】
支持部材に放熱機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の圧接型半導体装置。
【請求項４】
放熱機構が水冷式であることを特徴とする請求項３記載の圧接型半導体装置。
【請求項５】
表面の外周部にゲート電極が形成され、このゲート電極の内側にカソード電極を形成するとともに、裏面にアノード電極が形成された円板状の半導体基体と、上記カソード電極に圧接可能に配設された外部カソード電極と、上記アノード電極に圧接可能に配設された外部アノード電極と、上記半導体基体を内包した絶縁筒と、上記ゲート電極に当接する環状のリングゲート電極と、上記絶縁筒の側方から突出するとともに上記絶縁筒に固着された環状板からなり、その内周部が上記リングゲート電極と当接した外部ゲート端子とを備えた圧接型半導体素子、
上記外部ゲート端子と同心に配設されるとともに、上記外部カソード電極と電気的に接続された板状制御電極と、上記外部ゲート端子と同心に配設されるとともに、その内周部において上記外部ゲート端子と電気的に接続された板状制御ゲート電極と、上記板状制御電極と上記板状制御ゲート電極とが第１の絶縁体を介して固定されて上記板状制御電極及び上記板状制御ゲート電極に接続され、ゲート電流を制御するゲートドライブ装置、
上記外部カソード電極から上記圧接型半導体素子を圧接する第１のスタック電極と、上記外部アノード電極側から上記圧接型半導体素子を圧接するとともに上記外部ゲート端子と上記板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部の下方まで延在させた第２のスタック電極とからなるスタック電極、
上記外部ゲート端子と上記板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部と上記第２のスタック電極との間に上記外部ゲート端子と同心に配設され、上記接続部を押圧する環状に形成された弾性体と上記第２のスタック電極と上記外部ゲート端子とを電気的に絶縁する第２の絶縁体とを有する環状に形成された支持部材
を備えたことを特徴とする圧接型半導体装置。
【請求項６】
支持部材に放熱機構を設けたことを特徴とする請求項５記載の圧接型半導体装置。
【請求項７】
放熱機構が水冷式であることを特徴とする請求項６記載の圧接型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、GCT（Gate Commutated Turn−off）サイリスタのような電力変換装置に使用される圧接型半導体装置に関するものである。
背景技術
GTO（Gate Turn−Off）サイリスタは、これまで大容量パワーエレクトロニクスに応用出来るデバイスとして幅広く利用されているが、スナバ回路を必要とし、この動作電圧の増加に伴うスナバ損失の増加を抑制することが困難であった。しかし、このスナバ回路を削除したGCT（Gate Commutated Turn−off）サイリスタ（以下、単にGCTという）によって、最大遮断電流が6000A及びターンオフ蓄積時間が３μｓ以下の性能を実現し、更なる大容量化及び高速化に拍車がかかっている。
第６図は、例えば特開平８−330572号公報に記載された圧接型半導体装置で、GCTとこのGCTを制御するゲートドライブ装置とを含めたシステムとしての従来の圧接型半導体装置の構成を示す断面図である。図において、１はGCTを示し、２は半導体基体で、半導体基体２の表面の外周部にアルミニウムのゲート電極2a及びその内側にカソード電極2bが形成され、裏面のアノード電極2cが形成されている。３及び４はそれぞれ半導体基体２の表面のカソード電極2b側に順次積載されたカソード歪緩衝板及び外部カソード電極、５及び６はそれぞれアノード電極2c側に順次積載されたアノード歪緩衝板及び外部アノード電極、７はモリブデンからなるリングゲート電極で、半導体基体２のゲート電極2aと当接する。８は鉄もしくはニッケル合金からなる環状の外部ゲート端子で、その内周部がリングゲート電極７と当接され、その外周部が後述する絶縁筒14の側方から外に突出し、絶縁筒14の内側及び外側に曲がり部8aが形成されるとともに、後述する板状制御ゲート電極18との接続部8bに取付穴8cが同心円状の均等箇所に所定個（例えば定格6kV/6kAのGCTでは24個）形成されている。９は弾性体で、環境絶縁体10を介して外部ゲート端子８とともにリングゲート電極７をゲート電極2aに押圧する。11は絶縁体、12は外部カソード電極４に固着された第１のフランジ、13は外部アノード電極６に固着された第２のフランジである。14は上下に分割された絶縁筒で、外部ゲート端子８の外周部が絶縁筒14の側方から外に突出するとともに分割部14aでロー付けにて固着され、絶縁筒14に固着された各端部15が第１のフランジ12及び第２のフランジ13と固着されて、GCT1が密閉された構造となっている。
また、16はスタック電極で、GCT1を加圧するとともに電流を取り出し、同時に外部カソード電極４及び外部アノード電極６からの放熱を行う。17は外部ゲート端子８と同心に配設された環状金属板からなる板状制御電極、18は環状金属板からなる板状制御ゲート電極で、外部ゲート端子８と同心に配設されるとともにその内周部において外部ゲート端子８の外周部と電気的に接続されている。19は板状制御電極17と板状制御ゲート電極18とを絶縁する絶縁スリーブで、締結具20で板状制御電極17と板状制御ゲート電極18とに固定され、板状制御電極17と板状制御ゲート電極18とともにGCT1を制御するゲートドライブ装置21に接続されている。23は座金のような押さえ板で、外部ゲート端子８の外周部と板状制御ゲート電極18の内周部との接続部8bを取付穴8c毎に締結具24で固定して外部ゲート端子８の外周部と板状制御ゲート電極18の内周部との密着性を保持させる歪矯正板の役目を担っている。その接続部8bは、例えば定格6kV/4kAのGCT（外径寸法は約147mm）では18箇所、定格6kV/6kAのGCT（外径寸法は約200mm）では24箇所設けられている。
次に、GCT1の動作について説明する。GCT1をターンオンするときには、ゲートドライブ装置21からGCT1の外部ゲート端子８へゲート電流を全円周面から等方的に供給することで、外部アノード電極６から外部カソード電極４へ流れる主電流を点弧する。また、ターンオフするときには、ターンオンと逆方向のゲート電流を供給することで、主電流を瞬時に消孤する。このターンオフ時のゲート電流の電流立ち下がり傾きは、約6000A/μｓの傾きとなっており、ターンオン時の立ち上がり傾きの約1000A/μｓ以上と合わせて、スイッチング速度の高速化を可能としている。
従来のGCT1は以上のように構成されているので、以下のような問題点があった。
GCTの大容量化は、最大遮断電流の増大に伴い、半導体基体２の表面に同心円状に並列接続されるセグメント数を増やし、必然的に半導体基体２の大口径化と共にパッケージの大口径化を助長している。外径寸法が大きくなればなるほど、絶縁筒14の側方から外部に引き出した外部ゲート端子８の外周部において、ゲートドライブ装置21に接続されている板状制御ゲート電極18と連結するための取付穴8cの個数が増えることになり、GCT1の出荷検査において、ゲートドライブ装置21の数量に制限がある場合、GCT1を繰り返して交換することによって、出荷検査を行わざるを得ない。このとき、取付部8bを固定する締結具24の取り付けあるいは取り外し作業に多大な労力及び時間を要するという問題点があった。例えば、定格6kV/6kAのGCT1の出荷検査（高温時もしくは低温時のパルス試験によるターンオンテスト，ターンオフテスト）においては、24箇所の締結具24の取り付け及び取り外し作業を少なくとも各３回必要とし、GCT1の大容量化によってはこのような作業にさらに多大な労力及び時間を要する。
また、押さえ板23は、外部ゲート端子８の外周部と板状制御ゲート電極18の内周部との密着性を保持させる歪矯正板の役目を担っているが、押さえ板23の厚みが比較的薄い場合、締結具24の固定部近傍の圧力が強くなる傾向がある。このとき、外部ゲート端子８の外周部と板状制御ゲート電極18の内周部との接続部8bにおいて、締結具24の固定部近傍しか密着せずに点接触のようになる。このため、GCT1の特長である、均一なゲート電流を外部ゲート端子８に供給するという本来の能力を十分に発揮出来なくなり、局部的に電流が集中してGCT1の永久破壊を招くおそれがあるという問題点があった。
また、GCT1のスイッチング速度の高速化は、例えば1kHzを超える動作周波数領域での大電流制御応用の用途を拡大したが、特に外部ゲート端子10の材質が鉄あるいはニッケルのような強磁性体の場合、ゲート電流の繰り返し位相反転によって誘起される磁束の変動が、電磁誘導による誘導加熱作用を引き起こし、これによって外部ゲート端子８の温度が上昇することになる。また、外部ゲート端子８の材質に関らず、部品形状及び配置から、直接外部ゲート端子８を冷却させることが難しいため、GCT1の最大遮断電流の増大に伴う大容量化が、必然的にゲート電極2aの発熱による温度上昇を招く。カソード電極2b及びアノード電極2cが効果的に冷却が行われるのとは対照的に、半導体基体２の端部に設けられたゲート電極2aの冷却が十分行われないので、半導体基体２の面内温度分布が不均一なものとなり、GCT1の特性に変化を与えるという問題点があった。
従って、本発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、GCTのゲートドライブ装置への取り付け及び取り外しを簡単にすることができる圧接形半導体装置を提供することを目的としている。
また、外部ゲート端子の外周部と板状制御ゲート電極の内周部との接続部の接触が点接触のようになることを防止できる圧接形半導体装置を提供することを目的としている。
また、GCTの半導体基体の内面温度分布が不均一になることを抑制することができる圧接形半導体装置を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明においては、表面にゲート電極及びカソード電極を形成するとともに、裏面にアノード電極が形成された半導体基体と、この半導体基体を内包した絶縁筒と、ゲート電極に当接するリングゲート電極と、外周部が絶縁筒の側方から突出するとともに絶縁筒に固着され、内周部がリングゲート電極と当接する外部ゲート端子とを備えた圧接型半導体素子を設ける。また、外部ゲート端子と電気的に接続された外部の制御装置に接続可能な制御ゲート電極を設ける。そして、外部ゲート端子と同心に配設され、上記外部ゲート端子と上記板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部を押圧する弾性体を有する支持部材を設け、スタック電極で圧接型半導体素子を圧接するとともに支持部材を支持している。外部ゲート端子と同心に配設され、上記外部ゲート端子と上記板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部を押圧する弾性体を有する支持部材を設け、スタック電極で圧接型半導体素子を圧接するとともに支持部材を支持している場合には、支持部材が外部ゲート端子を板状制御ゲート電極に押圧するので、外部ゲート端子を板状制御ゲート電極に固定する取付穴及び締結具を削除でき、このため、GCTの板状制御ゲート電極への取り付けあるいは取り外しを簡便にさせることが可能となる。
さらに、本発明においては、弾性体が環状に形成されてもよい。弾性体が環状に形成された場合には、外部ゲート端子の外周部と板状制御ゲート電極の内周部との接続部を、均一に押圧することができ、このため、該接続部の接触が点接触のようになることを防止させることが可能となり、また、局部的に電流が集中してGCTの永久破壊を招くおそれをなくすことができる。
さらに、本発明においては、支持部材に放熱機構を設けてもよい。支持部材に放熱機構を設けた場合には、ゲート電極部の熱をリングゲート電極及び外部ゲート電極を介して冷却することができ、このため、GCTの半導体基体の面内温度分布を不均一になることを抑制させることが可能となる。
さらに、本発明においては、放熱機構を水冷式にしてもよい。放熱機構を水冷式にした場合には、ゲート電極部の熱をリングゲート電極及び外部ゲート電極を介して冷却することが効率的にでき、このため、GCTの半導体基体の面内温度分布を不均一になることを抑制させることが可能となる。
さらに、本発明においては、表面の外周部にゲート電極が形成され、このゲート電極の内側にカソード電極を形成するとともに、裏面にアノード電極が形成された円板状の半導体基体と、カソード電極に圧接可能に配設された外部カソード電極と、アノード電極に圧接可能に配設された外部アノード電極と、半導体基体を内包した絶縁筒と、ゲート電極に当接する環状のリングゲート電極と、絶縁筒の側方から突出するとともに上記絶縁筒に固着された環状板からなり、その内周部がリングゲート電極と当接した外部ゲート端子とを備えた圧接型半導体素子を設ける。また、外部ゲート端子と同心に配設されるとともに、外部カソード電極と電気的に接続された板状制御電極と、外部ゲート端子と同心に配設されるとともに、その内周部において外部ゲート端子と電気的に接続された板状制御ゲート電極と、板状制御電極と板状制御ゲート電極とが第１の絶縁体を介して固定されて板状制御電極及び板状制御ゲート電極に接続され、ゲート電流を制御するゲートドライブ装置を設ける。また、外部カソード電極から圧接型半導体素子を圧接する第１のスタック電極と、外部アノード電極側から圧接型半導体素子を圧接するとともに外部ゲート端子と板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部の下方まで延在させた第２のスタック電極とからなるスタック電極を設ける。そして、外部ゲート端子と板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部と第２のスタック電極との間に外部ゲート端子と同心に配設され、接続部を押圧する環状に形成された弾性体と第２のスタック電極と外部ゲート端子とを電気的に絶縁する第２の絶縁体とを有する環状に形成された支持部材を設けている。外部ゲート端子と板状制御ゲート電極とが電気的に接続された接続部とその下方まで延在させた第２のスタック電極との間に外部ゲート端子と同心に配設され、接続部を押圧する環状に形成された弾性体と第２のスタック電極と外部ゲート端子とを電気的に絶縁する第２の絶縁体とを有する環状に形成された支持部材を設けた場合には、支持部材が外部ゲート端子を板状制御ゲート電極に押圧するので、外部ゲート端子を板状制御ゲート電極に固定する取付穴及び締結具を削除でき、このため、GCTの板状制御ゲート電極への取り付けあるいは取り外しを簡便にさせることが可能となる。また、弾性体が環状に形成されていることによって、外部ゲート端子の外周部と板状制御ゲート電極の内周部との接続部を、均一に押圧することができ、このため、該接続部の接触が点接触のようになることを防止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施の形態１に係る圧接形半導体装置の構成を示す断面図である。
第２図A,第２図Ｂ及び第２図Ｃは実施の形態１に係る他の変形例を示す圧接形半導体装置の要部の構成を示す断面図である。
第３図は実施の形態１に係る他の変形例を示す圧接形半導体装置の要部の構成を示す断面図である。
第４図は本発明の実施の形態２に係る圧接形半導体装置の一部断面構成を示す斜視図である。
第５図A,第５図B,第５図Ｃ及び第５図Ｄは本発明の実施の形態２に係る他の変形例を示す圧接形半導体装置の要部の構成を示す断面図である。
第６図は従来の圧接形半導体装置の構成を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
第１図は本発明の実施の形態１に係る圧接形半導体装置構成を示す断面図で、圧接形半導体素子例えばGCTに、このGCTを制御するゲートドライブ装置を含めたシステムとしての圧接形半導体装置の構成を示す断面図である。第１図において、31はGCTを示し、32は円板状の半導体基体で、半導体基体32表面の外周部にアルミニウムからなるゲート電極32aが形成され、ゲート電極32aの内側にアルミニウムからなるカソード電極32b及びゲート電極32aの裏側にアルミニウムからなるアノード電極32cが形成されている。33及び34はそれぞれ半導体基体32表面のカソード電極32b側に順次積載されたモリブデンからなるカソード歪緩衝板及び銅からなる外部カソード電極、35及び36はそれぞれアノード電極32c側に順次積載されたモリブデンからなるアノード歪緩衝板及び銅からなる外部アノード電極である。37は銅、モリブデン、ステンレス等を主成分とするリングゲート電極で、半導体基体32のゲート電極32aと当接する。38は銅、モリブデン、タングステン、またはそれらの合金例えば燐青銅等の電磁誘導を受けない材料を主成分として構成された非磁性材の環状板からなる外部ゲート端子で、その内周部がリングゲート電極37と当接し、その外周部が後述する絶縁筒44の側方から外に突出し、絶縁筒44の内側及び外側に曲がり部38aが形成されるとともに後述する板状制御ゲート電極49と接続部38bで電気的に接続される。39は皿ばねまたは波ばねのような弾性体で、環状絶縁体40を介して外部ゲート端子38とともにリングゲート電極37をゲート電極32aに押圧する。41はポリイミド等の絶縁シートからなる絶縁体で、リングゲート電極37及び外部ゲート端子38と外部カソード電極34との間に設けられている。42は外部カソード電極34に固着された鉄、ニッケル等からなる第１のフランジ、43は外部アノード電極36に固着された鉄、ニッケル等からなる第２のフランジである。44はセラミック等からなり上下に分割された絶縁筒で、外部ゲート端子38の外周が絶縁筒44の側方から外に突出するとともに分割部44aで固着され、絶縁筒44に固着された各端部45が第１のフランジ42及び第２のフランジ43と固着されて、GCT31が密閉された構造となっている。
また、46は外部カソード電極34からGCT31を圧接する第１のスタック電極、47は外部アノード電極36側からGCT31を圧接するとともに外部ゲート端子38と後述する板状制御ゲート電極48とが電気的に接続された接続部38bの下方まで延在させた第２のスタック電極で、第１のスタック電極46と第２のスタック電極47とからなるスタック電極がGCT1を加圧するとともに電流を取り出し、同時に外部カソード電極34及び外部アノード電極36からの放熱を行う。48は外部ゲート端子34と同心に配設された環状金属板からなる板状制御電極で、第１のスタック電極46によって外部カソード電極34に圧接されている。49は環状金属板からなる板状制御ゲート電極で、外部ゲート端子38と同心に配設されるとともにその内周部において外部ゲート端子38の外周部と電気的に接続されている。50は板状制御電極48と板状制御ゲート電極49とを絶縁する絶縁スリーブで、ボルトなどの締結具51で板状制御電極48と板状制御ゲート電極49とに固定され、板状制御電極48と板状制御ゲート電極49とともにGCT31を制御するゲートドライブ装置52に接続されている。
そして、53は外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極49とが電気的に接続された接続部38bと第２のスタック電極47との間に外部ゲート端子38と同心に配置され、接続部38bを押圧する環状に形成された支持部材である。この支持部材53は、皿ばねまたは波ばねからなる環状に形成された弾性体54を内包し、接続部38bを押圧する金属からなる環状に形成されたゲート端子押え板55と、第２のスタック電極47とゲート端子押え板55との間に設けられ、第２のスタック電極47とゲート端子押え板55とを電気的に絶縁する環状に形成された第２の絶縁体56とから構成されている。
次に、動作について説明する。GCT31をターンオンするときには、ゲートドライブ装置52からGCT31の外部ゲート端子38へゲート電流を全円周面から等方的に供給することで、外部アノード電極36から外部カソード電極34へ流れる主電流を点弧する。また、ターンオフするときには、ターンオンと逆方向のゲート電流を供給することで、主電流を瞬時に消弧する。このターンオフ時のゲート電流の電流立ち下がり傾きは、約6000A/μｓの傾きとなっており、ターンオン時の立ち上がり傾きの約1000A/μｓ以上と合わせて、スイッチング速度の高速化を可能としている。このようにターンオンあるいはターンオフするときの大電流を瞬時に通電するためには、外部カソード電極34から板状制御ゲート電極49に至る通電路の一部をなす外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極49との接続部38bの接触が十分に行われる必要がある。
実施の形態１では、第２のスタック電極47を外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極49とが電気的に接続された接続部38bの下方まで延在させ、外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極49とが電気的に接続された接続部38bと第２のスタック電極47との間に外部ゲート端子38と同心に配設され、接続部38bを押圧するの弾性体54を有する支持部材53を備えている。このように構成することによって、支持部材53が接続部38bを押圧するので、従来外部ゲート端子８を板状制御ゲート電極18に固定するために設けられていた例えば定格6kV/6kAのGCTでは24箇所の取付穴8c,押さえ板23,締結具24を削除でき、このため、GCTの板状制御ゲート電極への取り付けあるいは取り外しを簡便にさせることが可能となる。
さらに、第２の弾性体54が環状に形成されている。このように構成することによって、外部ゲート端子38の外周部と板状制御ゲート電極49の内周部との接続部38bを、均一に押圧することができ、このため、接続部38bの接触が点接触のようになることを防止させることが可能となり、また、局部的に電流が集中してGCTの永久破壊を招くおそれをなくすことができる。
さらに、外部ゲート端子38の部材を非磁性材にしたことによって、外部ゲート端子38が、高周波動作時に外部回路の磁界により局部的に電磁誘導をうけて異常発熱することを抑制させることが可能となる。
尚、弾性体54を内包するゲート端子押え板55と、第２の絶縁体56との位置関係は上下逆でもよく、上記と同様の作用効果を奏する。
さらに、第１のスタック電極46を第２のスタック電極47と同じように、接続部38bまで延在させてもよく、上記と同様の作用効果を奏する。
また、ゲートドライブ装置は、ゲート電流を制御するものであれば、外部の制御装置であってもよく、またこの外部の制御装置に接続可能な制御ゲート電極は板状以外の形状であってもよい。
さらに、支持部材53の変形例として、第２図A,第２図Ｂ及び第２図Ｃを次に説明する。第２図Ａにおいて、53aは接続部38bと第２のスタック電極47との間に外部ゲート端子38と同心に配置され、接続部38bを押圧する環状に形成された支持部材である。この支持部材53aは、外部ゲート端子38と当接する金属からなる環状に形成されたゲート端子押え板55aと、第２の弾性体54を内包し、第２のスタック電極47とゲート端子押え板55aとを電気的に絶縁する環状に形成された第２の絶縁体56aとから構成されており、上記と同様の作用効果を奏する。尚、第２の絶縁体56aは第２の弾性体54を外部ゲート端子38側と第２のスタック電極47側から内包するように構成され、その外部ゲート端子38側が、ゲート端子押え板55aとボルト57で固定され、第２の弾性体54の付勢力で接続部38bを押圧している。また、第２図Ｂにおいて、53bは接続部38bと第２のスタック電極46との間に外部ゲート端子38と同心に配置され、接続部38bを押圧する環状に形成された支持部材である。この支持部材53bは、外部ゲート端子38と当接する金属からなる環状に形成されたゲート端子押え板55bと、第２の弾性体54を内包し、第２のスタック電極47とゲート端子押え板55bとの間に設けられ、第２のスタック電極47とゲート端子押え板55bとを電気的に絶縁する環状に形成された第２の絶縁体56bとから構成されており、上記と同様の作用効果を奏する。また、第２図Ｃにおいて、53cは接続部38bと第２のスタック電極47との間に外部ゲート端子38と同心に配置され、接続部38bを押圧する環状に形成された支持部材である。この支持部材53cは、接続部38bと第２のスタック電極46との間に設けられ、第２の弾性体54を内包した絶縁体からなる環状に形成された第２の絶縁体56cから構成されて外部ゲート端子38と第２のスタック電極47とを電気的に絶縁しており、上記と同様の作用効果を奏する。
さらに、第３図に示すように、外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極49との接続部38bの接触性を向上させるために、ゲート端子押え板55側から多くとも６個のボルト58を取り付けてもよい。
尚、本発明の実施の形態１のGCT31のゲート構造は、一例として、半導体基体32の表面の外周部にゲート電極32aが形成されているものを示したが、表面の中間部にゲート電極が形成されているものでもよく、上記と同様の作用効果を奏する。
次に、本発明の実施の形態２に係る圧接形半導体装置について、第４図を用いて説明する。
第４図は本発明の実施の形態２に係る圧接形半導体装置の一部断面構成を示す斜視図である。第４図において第１図と異なるところは、支持部材に放熱機構を設けたところである。即ち、61は外部ゲート端子38と板状制御ゲート電極48とが電気的に接続された接続部38bと第２のスタック電極47との間に外部ゲート端子38と同心に配置され、接続部38bを押圧する環状に形成された支持部材である。この支持部材61は、板状制御ゲート電極48と当接する金属例えば無酸素鋼に軟質金属を被膜した金属からなる環状に形成され、放熱機構62を有するゲート端子押え板63と、皿バネまたは波バネからなる環状に形成された第２の弾性体54と、第２の弾性体54を内包し、第２のスタック電極47とゲート端子押え板63との間に設けられ、第２のスタック電極47とゲート端子押え板63とを電気的に絶縁する環状に形成された第２の絶縁体64とから構成されている。放熱機構62は、ゲート端子押え板63内に環状の水路65を設け、この水路65に冷却水を循環させている。
実施の形態２によれば、支持部材61に放熱機構62を設けている。このように構成することによって、ゲート電極32a部の熱をリングゲート電極37及び外部ゲート電極38aを介して放熱機構62で冷却することができ、このため、GCT31の半導体基体32の面内温度分布を不均一になることを抑制させることが可能となる。
さらに、放熱機構を水冷式にしている。このように構成することによって、ゲート電極32a部の熱をリングゲート電極37及び外部ゲート端子38を介して放熱機構62で効率的に冷却することができ、このため、GCT31の半導体基体32の面内温度分布を不均一になることを抑制させることが可能となる。
さらに、放熱機構62の変形例として、第５図A,第５図B,第５図Ｃ及び第５図Ｄを次に説明する。第５図Ａにおいて、62aは放熱機構で、冷却水66の入口及び出口が共に一箇所で、冷却水66の水流は入口で二手に分かれた後、ゲート端子押え板63aに設けられた水路65a内を流れ、出口で再び合流するように構成している。第５図Ｂにおいて、62bは放熱機構で、冷却水66の入口及び出口が共に一箇所で、冷却水66の水流はゲート端子押え板63bに設けられた水路65b内を一周するように構成している。第５図Ｃにおいて、62cは放熱機構で、冷却水66の入口及び出口が共に二箇所で、冷却水66の水流はゲート端子押え板63cに設けられたほぼ半周の水路65c内を互いに同方向に半周するように構成している。第５図Ｄにおいて、62dは放熱機構で、冷却水66の入口及び出口が共に二箇所で、冷却水66の水流はゲート端子押え板63dに設けられたほぼ半周の水路65d内を互いに逆同方向に半周するように構成している。このような第５図A,第５図B,第５図Ｃ及び第５図Ｄにおいても、上記実施の形態２と同様の作用効果を奏する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる圧接型半導体装置は、ゲート制御により主回路の大電流を高速にターンオン・ターンオフするのに適しており、例えば電力用応用としてはBTB（自冷式直流送電）・SVG（無効電力発生装置）等、工業用応用としては製紙・製鉄圧延機駆動用大容量インバータ等、電鉄応用としては地上変電所等、その他高圧大容量スイッチ等に適している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図４】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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