(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターンオフ時に主電流の全てをゲート側に転流するゲート転流型半導体素子と、
前記ゲート転流型半導体素子の前記ゲート側とカソード側とを外部のゲートドライバに接続して電気的ループを形成する多層基板とを備え、
前記ゲート転流型半導体素子は、
その外周部側にゲート領域を有すると共に、前記ゲート領域の内側に複数のセグメントが同心状に並列して配置された半導体基板と、
前記ゲート領域上に該当する前記半導体基板の第１主面上に形成されたゲート電極層と、
各セグメント毎に前記半導体基板の前記第１主面上に形成されたカソード電極層と、
前記第１主面に対向する前記半導体基板の第２主面上に全面的に形成されたアノード電極層と、
前記ゲート電極層にその一端部が電気的に接触されている内側部と、前記内側部と繋がった中央部と、前記中央部と繋がった外側部とより成るゲート取り出し部と、
前記カソード電極層の全てと電気的に接触されているカソード電極部と、
前記アノード電極層と電気的に接触されているアノード電極部と、
前記カソード電極部及び前記アノード電極部の双方の外周部分の一部に固着されており、前記ゲート取り出し部の前記外側部が外側に突出する様に前記中央部を挟み込んで前記ゲート取り出し部の前記内側部と前記半導体基板と前記カソード電極層と前記アノード電極層とを内包する絶縁筒とを有しており、
前記多層基板は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板の第１主面上に形成され、且つ、前記ゲート取り出し部の前記外側部にその一部が電気的に接続されていると共に、その他部が前記ゲートドライバの一端に接続されたドライバゲート電極と、
前記第１主面に対向する前記絶縁基板の第２主面上に形成され、且つ、前記カソード側とその一部とが電気的に導通していると共に、その他部が前記ゲートドライバの他端に接続されたドライバカソード電極とを有しており、
前記ゲート取り出し部の前記外側部は、それぞれが任意の方向に突出し且つその先端部に開孔部を有した短冊状板より成る複数本のゲート取り出し端子部より構成されていると共に、
前記複数本のゲート取り出し端子部の各々は、前記開孔部と前記ドライバゲート電極の前記一部の対応する箇所に設けられたネジ穴とを介して、前記ドライバゲート電極とネジ締結されており、
前記ゲート取り出し部の前記内側部は、
その下面が前記ゲート電極層と電気的に接触するリング状ゲート電極と、
その一端部が前記リング状ゲート電極の上面に電気的に接触し且つその他端部が前記中央部に繋がった内周部とより成り、
前記内周部と前記中央部とから成る部分はリング状板として一体的に構成されていると共に、
前記複数本のゲート取り出し端子部も前記リング状板と一体化されて一個のゲート取出し端子を形成していることを特徴とする、
ゲート転流型半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載のゲート転流型半導体装置であって、
前記ゲート転流型半導体素子は、
前記絶縁筒の前記カソード電極部側の表面上にその一端部が固設され、その他端部が前記絶縁筒の側面よりも外側に突出したリング状支持部と、
前記リング状支持部の前記他端部の内で前記絶縁筒の前記側面側の表面中、前記複数本のゲート取り出し端子部の内で対応するゲート取り出し端子部に隣接する位置にそれぞれが配設されており、且つ、それぞれがＬ字型の短冊状板より成ると共に、前記Ｌ字型の短冊状板の先端部が対応するゲート取り出し端子部の突出方向に沿って外側に突出しており、且つ前記先端部に開孔部を有する複数本のカソード取り出し端子とを更に備えており、
前記複数本のカソード取り出し端子の各々は、それが有する前記開孔部と前記ドライバカソード電極の前記一部の対応する箇所に設けられたネジ穴とを介して、前記ドライバカソード電極とネジ締結されていることを特徴とする、
ゲート転流型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ターンオン時にアノードとカソード間で流れていた主電流の全てをターンオフ時にゲート側に転流することができるゲート転流形ターンオフ（Gate Commutated Turn-off）半導体スイッチング素子（以下、ＧＣＴ素子と称す）を有する半導体装置に関するものである。その用途を大別すると、電力用電力変換装置及び産業用電力変換装置が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＣＴサイリスタにおいては、素子のゲートインダクタンスを低減する為に、従来のＧＴＯサイリスタで広く採用されている一方向からのゲート取出し方法に代えて、リング状のゲート取出し構造と、多層基板を用いたリング状ゲート取出し端子とゲートドライバとの接続構成とを採用している（例えば、特開平８−３３０５７２号公報（ＵＳＰ５７７７３５１号）、特開平９−２０１０３９号公報（ＵＳＰ５７７７５０６号参照）、三菱電機技報Ｖｏｌ．７１  ＮＯ．１２  ＰＰ６１−６６他）。これにより、ＧＣＴ素子、多層基板及びゲート回路を含めたループのインダクタンス（ゲート側インダクタンス）をＧＴＯサイリスタのそれの１／１００程度にまで低減可能としている。ここで、ＧＣＴサイリスタにおいてそのゲート側インダクタンスをＧＴＯサイリスタのそれよりも格段に低減している目的は、ターンオフ時のゲート逆電流上昇率（ｄｉＧＱ／ｄｔ）をＧＴＯサイリスタのそれの１００倍程度まで上昇させて、ターンオフ時に主電流の殆ど全てを短時間でゲート側に転流させることでターンオフタイムを短縮すると共に、ターンオフゲイン＝１を達成することによってターンオフ特性を向上させる点にある。このターンオフゲイン＝１を達成するためには、図１８に示す様に、多層基板を介した素子のゲートとゲートドライバ間のループのゲート側インダクタンスを一定数値以下に低減することで、ゲート逆電流上昇率ｄｉＧＱ／ｄｔを一定の数値α以上に確保する必要がある。逆に言えば、ターンオフゲイン＝１を達成するためには、上記ゲート側インダクタンスが一定数値以下となる様に設計の際に配慮する必要がある。しかも、図１９に示す様に、ターンオフゲインはＧＣＴ素子の口径ないしはカソード電極径に依存している。例えば、４インチＧＣＴサイリスタの場合では、ターンオフゲイン＝１を達成して優れたターンオフ特性を発揮させるためには、ゲート逆電流上昇率ｄｉＧＱ／ｄｔとしては６０００Ａ／μｓ程度の値を実現することが必要である。このため、ＧＣＴ素子においては、図２０に示す様にリング状のゲート取出し端子を設け、このリング状ゲート取出し端子と外部のゲートドライバとの間を、図２１及び図２２に示す様に、多層基板に設けられたドライバゲート端子とリング状ゲート取出し端子の外周部に沿って多数設けられた取付け穴（ネジ穴）とを取付けネジによってネジ止めすることにより直接接続している。又、ＧＣＴ素子のカソード電極とゲートドライバとの接続は、図２２に示す様に、カソードポスト電極に多層基板側のドライバカソード電極を圧接することで実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
問題点（１）  従来のＧＣＴサイリスタでは、図２２に示す様に、ＧＣＴ素子のゲート−多層基板−ゲートドライバ−多層基板−ＧＣＴ素子のカソード−ゲート間のループインダクタンスを低減するために、ゲート取出し端子をリング状構造に設定すると共に、リング状ゲート取出し端子の外周縁部に外周に沿って一定数以上の接続点となるネジ穴を設け、リング状ゲート取出し端子の上記ネジ穴とゲートドライバに繋がった多層基板とを複数のネジ止め作業によって締結することによって、ＧＣＴ素子のゲート領域とゲートドライバとを電気的に導通させている。
【０００４】
このように、リング状ゲート取出し端子と多層基板との接続のために多数のネジ止めの作業が必要である。例えば、４インチＧＣＴサイリスタの場合には、典型的には１６本の締結ネジを用いている。そこで、コスト削減のために上記のネジ止め作業回数を減らすことも考えられるが、締結ネジの本数ないしは接続点の数を減らすと、ＧＣＴサイリスタの口径の大小に拘わらず、隣り合う接続箇所間の距離が広がるため、リング状ゲート取出し端子と多層基板のドライバゲート端子との密着性が減少し、その結果、ゲートループ内のインダクタンスが増加し、ターンオフゲイン＝１が達成できなくなり、優れたＧＣＴ素子の特性が得られなくなるばかりでなく、ＧＣＴ素子のターンオンやターンオフというスイッチング動作時に発生する振動に対してリング状ゲート取出し端子までもが共振してしまい、騒音問題や、ネジ締結部分の緩みによる素子の電気的特性の低下という問題点が生じてしまう。そのため、ＧＣＴ素子の口径の大小に拘わらず、ネジ締結による接続箇所を等間隔で多数設けなければならず、ネジ止め作業数が多くなる分、コストアップの要因に繋がっていた。
【０００５】
問題点（２）  他方、カソードポスト電極とゲートドライバとの接続は、図２２に示す様に、ゲートドライバの一端に繋がった多層基板のドライバカソード電極をカソードポスト電極に圧接することにより実現しているのが現状である。このため、多層基板のドライバカソード電極の面精度及び平行度をＧＣＴ素子側のそれ、つまりカソードポスト電極のそれと同様に管理する必要があり、この点がコストアップをもたらすと共に、多層基板の製造管理方法について大きな負担が生ずるという問題点があった。
【０００６】
この発明はこの様な問題点（１），（２）に鑑みて成されたものであり、その第１の目的は上記問題点（１）を解決することにある。更に、この発明の第２の目的は上記問題点（２）をも同時に解決可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ターンオフ時に主電流の全てをゲート側に転流するゲート転流型半導体素子と、前記ゲート転流型半導体素子の前記ゲート側とカソード側とを外部のゲートドライバに接続して電気的ループを形成する多層基板とを備え、前記ゲート転流型半導体素子は、その外周部側にゲート領域を有すると共に、前記ゲート領域の内側に複数のセグメントが同心状に並列して配置された半導体基板と、前記ゲート領域上に該当する前記半導体基板の第１主面上に形成されたゲート電極層と、各セグメント毎に前記半導体基板の前記第１主面上に形成されたカソード電極層と、前記第１主面に対向する前記半導体基板の第２主面上に全面的に形成されたアノード電極層と、前記ゲート電極層にその一端部が電気的に接触されている内側部と、前記内側部と繋がった中央部と、前記中央部と繋がった外側部とより成るゲート取り出し部と、前記カソード電極層の全てと電気的に接触されているカソード電極部と、前記アノード電極層と電気的に接触されているアノード電極部と、前記カソード電極部及び前記アノード電極部の双方の外周部分の一部に固着されており、前記ゲート取り出し部の前記外側部が外側に突出する様に前記中央部を挟み込んで前記ゲート取り出し部の前記内側部と前記半導体基板と前記カソード電極層と前記アノード電極層とを内包する絶縁筒とを有しており、前記多層基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の第１主面上に形成され、且つ、前記ゲート取り出し部の前記外側部にその一部が電気的に接続されていると共に、その他部が前記ゲートドライバの一端に接続されたドライバゲート電極と、前記第１主面に対向する前記絶縁基板の第２主面上に形成され、且つ、前記カソード側とその一部とが電気的に導通していると共に、その他部が前記ゲートドライバの他端に接続されたドライバカソード電極とを有しており、前記ゲート取り出し部の前記外側部は、それぞれが任意の方向に突出し且つその先端部に開孔部を有した短冊状板より成る複数本のゲート取り出し端子部より構成されていると共に、前記複数本のゲート取り出し端子部の各々は、前記開孔部と前記ドライバゲート電極の前記一部の対応する箇所に設けられたネジ穴とを介して、前記ドライバゲート電極とネジ締結されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る発明では、更に、前記ゲート取り出し部の前記内側部は、その下面が前記ゲート電極層と電気的に接触するリング状ゲート電極と、その一端部が前記リング状ゲート電極の上面に電気的に接触し且つその他端部が前記中央部に繋がった内周部とより成り、前記内周部と前記中央部とから成る部分はリング状板として一体的に構成されていると共に、前記複数本のゲート取り出し端子部も前記リング状板と一体化されて一個のゲート取出し端子を形成していることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のゲート転流型半導体装置であって、前記ゲート転流型半導体素子は、前記絶縁筒の前記カソード電極部側の表面上にその一端部が固設され、その他端部が前記絶縁筒の側面よりも外側に突出したリング状支持部と、前記リング状支持部の前記他端部の内で前記絶縁筒の前記側面側の表面中、前記複数本のゲート取り出し端子部の内で対応するゲート取り出し端子部に隣接する位置にそれぞれが配設されており、且つ、それぞれがＬ字型の短冊状板より成ると共に、前記Ｌ字型の短冊状板の先端部が対応するゲート取り出し端子部の突出方向に沿って外側に突出しており、且つ前記先端部に開孔部を有する複数本のカソード取り出し端子とを更に備えており、前記複数本のカソード取り出し端子の各々は、それが有する前記開孔部と前記ドライバカソード電極の前記一部の対応する箇所に設けられたネジ穴とを介して、前記ドライバカソード電極とネジ締結されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
ＧＣＴサイリスタ装置（ゲート転流型半導体装置とも称す）の最大の特徴は、既述した通り、素子のゲート電極、外部のゲートドライブ装置（ゲートドライバ又はＧＤＵとも称す）及びＧＣＴ素子のカソード電極とで作られるループのインダクタンスを低減し、ターンオフゲイン＝１において素子をターンオフさせることによりターンオフ特性を向上させた点にある。そして、ターンオフゲインは図１９に示す様にＧＣＴ素子の口径に依存しており、例えば比較的口径の大きい場合に該当するΦ８５ｍｍＧＣＴサイリスタでは、ゲート逆電流上昇率ｄｉＧＱ／ｄｔが６，０００Ａ／μｓ必要であるのに対して、比較的口径の小さい場合に該当するΦ４７ｍｍＧＣＴサイリスタでは、ゲート逆電流上昇率ｄｉＧＱ／ｄｔが１，２００Ａ／μｓでターンオフゲイン＝１に達し、ＧＣＴサイリスタとしての優れたターンオフ特性を発揮することができる。ということは、Φ８５ｍｍＧＣＴサイリスタと比較して、Φ４７ｍｍＧＣＴサイリスタにおいては、ターンオフゲイン＝１を達成するための上記ループのゲート側インダクタンスの値はより大きな値であっても良く、ターンオフゲイン＝１を実現し得るゲート側インダクタンスの許容範囲は大きく、余裕があると言える。従って、口径が比較的小さいＧＣＴサイリスタにおいては、ゲート取出し端子の形状を完全なリング状とすることに固執する必要はないと言える。
【００１１】
そこで、本実施の形態においては、そのような小口径ＧＣＴサイリスタの適用に関しては、絶縁筒から外側に突出したリング状ゲート取出し端子の内で多層基板中のドライバゲート電極とのネジ締結に必要な箇所以外の部分を除去してしまうことを提案する。換言すれば、ゲート取出し端子の内で絶縁筒よりも外側に突出した端子部（外側部）の形状をリング状から複数の任意方向に放射状に突出した短冊形状に変更すること（これを複数方向取出し方式と称す）を提案する。これにより、ＧＣＴサイリスタとしての電気的性能はそのまま維持しつつ、ゲート取出し端子の共振による反りを発生させることなく、ネジ締結箇所を少なくすることができ（従来の完全なリング状ゲート取出し端子を用いている場合と比較して締結ネジ本数は半減するものと考えられる）、多層基板を介したＧＣＴ素子のゲート側とゲートドライブ装置との接続を飛躍的に容易にすることが可能となる。以下、図面を参照しつつ、本ＧＣＴ素子の構造、本多層基板の構造及び本ＧＣＴ素子と本多層基板とより成るゲート転流型半導体装置（ＧＣＴサイリスタ）と外部のゲートドライブ装置との接続構成を具体的に詳述する。
【００１２】
ここで図１は、圧接型のゲート転流型半導体（スイッチング）素子であるＧＣＴ素子ないしはＧＣＴ本体１の構成を示す上面図であり、図２は図１のＧＣＴ素子１に用いられているゲート取出し端子１０の全容を示す平面図であり、図３ないし図５はそれぞれ図１に示すI-II線、III−IV線、V−VI線に関するＧＣＴ素子の内部構造を示す縦断面図である。但し、図５においては、図示の便宜上、ＧＣＴ素子１のゲート側とカソード側とを外部のゲートドライブ装置２に接続して電気的ループを形成する多層基板２０の断面構成をも示している。
【００１３】
尚、図３ないし図５においては、ＧＣＴ素子１は中心軸ＣＡに関して左右対称の構造を有するので、その一方側の構造のみが示されている。
【００１４】
図１ないし図５中の各参照符号は次の各構成要素を示す。即ち、２はＧＣＴ素子１を制御するための外部のゲートドライブ装置、３はＧＣＴ素子１を加圧すると共に電流を取り出すスタック電極である（両部２，３は本装置の外部の部材である）。４はｐｎｐｎ構造を有し、且つ、その外周側にゲート領域を有すると共に同領域の内側に数千個のセグメントが同心円状に並列的に配置された半導体基板（ウェハ）である。そして、同基板４の第１主面ないしは表面の最外周部上には、同基板の最外周部におけるゲート（電極）領域と電気的に接するアルミニウムのゲート電極層４ａがリング状に形成されており、更に、ゲート電極層４ａよりも内側に位置する半導体基板４の第１主面上には、複数のカソード電極層４ｂが各セグメント毎に対応して同心円状に形成されている。
【００１５】
５及び６はそれぞれ半導体基板４のカソード電極層４ｂ上に順次に積載されたカソード歪緩衝板及びカソードポスト電極であり、両部５，６をカソード電極層４ｂの全てと電気的に接触した「カソード電極部」と総称する。又、半導体基板４の裏面にあたる第２主面（第１主面と反対側の対向面）上には図示しないアノード電極層が全面的に形成されており、当該アノード電極層上に順次にアノード歪緩衝板７及びアノードポスト電極８が積載されている。同様に、両部７，８をアノード電極層と電気的に接触する「アノード電極部」と総称する。
【００１６】
又、９はその第１表面（下面）が半導体基板４のゲート電極層４ａに面接触（電気的に接触）するリング状ゲート電極であり、１０は本発明の中核部の一つにあたる金属板からなるゲート取出し端子であり、その内周平面部ないしは内周部１０Ｉの内周側端部（一端部）がリング状ゲート電極９の第２表面（上記第１表面と対向する上面）上に摺動可能に配設されて電気的に接触している。しかも、皿バネ又は波バネのような弾性体１１は、環状絶縁体１２を介して、ゲート取出し端子１０の内周平面部１０Ｉの上記一端部と共に、リング状ゲート電極９をゲート電極層４ａに対して押圧している。この押圧により、ゲート電極層４ａ，リング状ゲート電極９及び後述する通り一部がリング状のゲート取出し端子１０は互いに電気的に接続される。そして、ゲート取出し端子１０の内周平面部１０Ｉの他端部は同端子１０の中央部（後述する通り、絶縁筒で上下より挟まれる部分）１０Ｆに繋がっており、中央部１０Ｆの他端部（外側周縁部）のある箇所は後述する短冊状のゲート取出し端子部ないしは短冊状外側部１０Ｏに繋がっている。ここで、両部９及び１０を総称して「ゲート取出し部」と呼び、リング状ゲート電極９と内周平面部１０Ｉとを「ゲート取出し部の内側部」と呼び、中央部１０Ｆを「ゲート取出し部の中央部」と呼ぶことにする。又、１３はリング状ゲート電極９を対面するカソード歪緩衝板５及びカソードポスト電極６から絶縁するための絶縁シートである。又、ゲート取出し端子１０は、上述の通り、上記内周平面部１０Ｉの他、更に中間部ないしは固着部１０Ｆ及び短冊状外側部１０Ｏより成り、内周平面部１０Ｉの内でリング状ゲート電極９と面接触していない部分には、振動や応力を吸収するための曲がり部１０ｄが設けられ、かつ、短冊状外側部１０Ｏの途中部分にも同様の目的から曲がり部１０ａが形成されている。
【００１７】
一方、１４はセラミックス（例えばアルミナ）からなる絶縁筒であり、ゲート取出し端子１０のリング状の中間部１０Ｆを挟んで上下に分割されており、しかも、その外周側面部に突起部１４ａを有し、筒内に主要部４，４ａ，４ｂ，５，６の一部，７，８の一部，９，１０Ｉ，１１，１２，図示しないアノード電極層を内包している。そして、ゲート取出し端子１０のリング状固着部１０Ｆと絶縁筒１４とは、ろう付け接合によって気密に互いに固着されている。また、絶縁筒１４の外周側面部から外部に引き出されたゲート取出し端子１０の各短冊状外側部１０Ｏの内で、その外端よりも若干量だけ中間部１０Ｆ側に寄った部分には、当該ゲート取出し端子１０を多層基板２０を介してゲートドライブ装置２に連結するための複数個の取り付け穴ないしは開孔部（ネジ穴）１０ｂが設けられている。この点は、ゲート取出し端子１０の上面図である図２に示されている通りである。更に、絶縁筒１４の上面（カソード電極部側の表面）にその一端が固設され、当該上面より外側に向けて折れ曲がり、その他端部が絶縁筒１４の突出部１４ａよりも若干外側に突出した第１Ｌ字部の端部（リング状支持部）１４ｂ１と、絶縁筒１４をカソードポスト電極６の外周部分の一部に固着させるためのリング状の第１フランジ１５の一方の端部とは、互いにアーク溶接によって気密に固着されている。又、絶縁筒１４の下面より突出した第２Ｌ字部の端部１４ｂ２及び、絶縁筒１４をアノードポスト電極８の外周部分の一部に固着させるための第２フランジ１６の一方の端部も、同様にアーク溶接によって気密に固着されている。そして、第１及び第２フランジ１５，１６の他方の端部は、それぞれカソードポスト電極６及びアノードポスト電極８の切込み部の一部に固着されている。これにより、ＧＣＴ素子１は外部に対して密閉された構造になっている。尚、この内部は不活性ガスで置換されている。又、４０はＬ字型の短冊状板より成るカソード取出し端子であるが、その構成は後述する。
【００１８】
他方、多層基板２０は、各部１７，３０，１８を有している。即ち、１７はその内周端がＧＣＴ素子１と同心となるように配接された環状金属板からなるドライバカソード電極である。更に、ほぼ環状の金属板からなるドライバゲート電極１８は、ドライバカソード電極１７と同様に、その内周端がＧＣＴ素子１と同心となるように配置されている。そして、両電極１７，１８はそれぞれ絶縁基板３０の第２及び第１主面上に形成されて絶縁基板３０をサンドイッチしている。又、ドライバカソード電極１７及びドライバゲート電極１８はそれぞれゲートドライブ装置２の一端及び他端に直結されている。このように、両電極１７，１８及び絶縁基板３０は積層構造をなしている。尚、両電極１７，１８のより詳細な構造及び両電極１７，１８のそれぞれのＧＣＴ素子１への接続については、本発明の特徴部として後述する。
【００１９】
以上の構造において、ゲート電極層４ａ、リング状ゲート電極９、ゲート取出し端子１０及び多層基板２０は、ターンオン時にゲートドライブ装置２よりゲート電流を半導体基板４のゲート電極領域へ供給すると共に、ターンオフ時に主電流の全てをゲート電極領域より逆ゲート電流として引抜いて同電流をゲートドライブ装置２にまで流す。
【００２０】
本ＧＣＴ素子１が従来のＧＣＴ素子と異なる第１の特徴点は、ゲート取出し端子１０の構造にある。即ち、図２に示す様に、同端子１０の内周平面部１０Ｉ及び中間部１０Ｆは一体的に形成されたリング状板を成しており、この点では、従来のＧＣＴ素子のリング状ゲート取出し端子と同一である。しかし、本端子１０においては、リング状の中間部１０Ｆの外周縁部の６箇所から、等間隔で、つまり同端子１０の中心軸Ｏの周りに６０度の角度をなす間隔で、若干末広がり状にないしは扇子状に形成された短冊状の板が、ゲート取出し部の外側部ないしはゲート取出し端子部１０Ｏとして、絶縁筒１４の外周側面よりも外側に向けて放射状に突出する様に形成されている。しかも、各ゲート取出し端子部１０Ｏの先端部側には、多層基板２０のドライバゲート電極１８とのネジ締結用の雄ネジを通すための開孔部ないしはネジ穴１０ｂが設けられている。
【００２１】
尚、ここでは６本の短冊状のゲート取出し端子部１０Ｏが等間隔で突出配置されている例を示しているが、その配置数はそれよりも少なく４本としても良いし（少なくとも２本は必要）、それよりも若干多く８本としても良い。又、複数本の短冊状のゲート取出し端子部１０Ｏの各々を中間部１０Ｆの外周縁部の任意の位置から突出させても良い（不等間隔で任意の方向に突出する様にする）。
【００２２】
ゲート取出し端子１０をこの様に構成したことから、本実施の形態においては、同端子１０、従って、短冊状のゲート取出し端子部１０Ｏと多層基板２０との接続構成もまた、従来のＧＣＴ素子の場合とは異なっている。以下、この点を図６及び図７に基づき説明する。
【００２３】
ここで図６は、本実施の形態に係るＧＣＴ素子１を多層基板２０に取り付けた構造を上面図として示すものである。又、図７は、ＧＣＴ素子１の絶縁筒１４の外周側面より放射状に突出配設された短冊状の各ゲート取出し端子部（ゲート取出し部の外側部）１０Ｏを、多層基板２０の上層側に該当するドライバゲート電極１８の一部（後述する内周縁部）に設けられた対応する凸部ないしは突出部１８ａにネジ締結するときの作業を示した正面図であり、図示の便宜上、多層基板２０の構成については断面図形式で描かれていると共に、各ゲート取出し端子部１０Ｏに隣接するカソード取出し端子４０の図示化も割愛されている。
【００２４】
両図６，７に示す通り、多層基板２０は、その中心部分から外縁形状が半円となった先端部側に若干近寄った部分に、ＧＣＴ素子１の最外周部を成すリング状の部分１５，１６の径よりも大きな口径Ｄを有し、且つ、同一円周上に一列に並んだ各開孔部ないしはネジ穴１０ｂの最も絶縁筒１４側に面した部分が作る円周径よりも小さな口径Ｄを有する開孔部ないしは内周部（多層基板２０の一部に対応）を有しており、その内周部内にＧＣＴ素子１のカソード側部分が嵌り込む状態となっている。そして、多層基板２０の上層を成すドライバゲート電極１８の内周部側部分の内でその上方にＧＣＴ素子１のゲート取出し端子部１０Ｏの先端部が配置される位置に上述の凸部１８ａが設けられており、各凸部１８ａの上面側には雌ネジが壁面に形成されたネジ穴１８ｂが形成されている。他方、ドライバゲート電極１８の他端部側はゲートドライブ装置（ＧＤＵ）２内の図示しない一端部に接続されている。
【００２５】
本形態では、ＧＣＴ素子１と多層基板２０のドライバゲート電極１８との接続は、図７に示す通りに行えば足りる。即ち、各ゲート取出し端子部１０Ｏのネジ穴１０ｂ及びそれに対応するドライバゲート電極１８の凸部１８ａの各ネジ穴１８ｂのそれぞれの中心軸が同軸となる様に、両部１０Ｏ，１８ａを重ね合わした上で、雄ネジ５０をネジ穴１０ｂを通してネジ穴１８に螺合させることで、各ゲート取出し端子部１０Ｏをドライバゲート電極１８の対応する凸部１８ａにネジ止めする。この場合、ネジ締結箇所は６箇所であり、ネジ締結作業性が格段に改善されると共に、隣り合うゲート取出し端子部１０Ｏ間にはゲート取出し端子１０の部分が全く存在していないため、ゲート取出し端子１０自体を多層基板２０側に密着良くネジ止め固定できると共に、ＧＣＴ素子１の各セグメントのスイッチング動作に応じて同端子１０が共振し反り返ってしまうという様な事態は一切生じない。従って、ターンオフゲイン＝１を実現するのに必要なループのゲート側インダクタンスの値を維持して所望のスイッチング特性を維持することができる。
【００２６】
次に、本形態に係るＧＣＴ素子１の第２の特徴点であるカソード取出し端子４０の構成・配置関係及びカソード取出し端子４０と多層基板２０との接続について、図４，図６及び図８に基づき説明する。
【００２７】
ここで図８は、ＧＣＴ素子１が有する特徴的なカソード取出し端子４０と多層基板２０の下層面に該当するドライバカソード電極１７との接続作業を示す正面図である。但し、図示の便宜上、多層基板２０の構成は断面図形式で描かれており、又、各カソード取出し端子４０近傍に位置するゲート取出し端子部１０Ｏの図示化も割愛されている。
【００２８】
両図６，８に示されている通り、絶縁基板３０の第２主面上に形成された金属板のドライバカソード電極１７の内周部の径もまた上述の口径Ｄと同一であり、同電極１７の内周部分中、その上方に対応するカソード取出し端子４０の先端部４０ｃが配設される部分においては、上層であるドライバゲート電極１７よりも上方に突出した凸部ないしは突出部１７ａが形成されており、各凸部１７ａの上面の中央部には雌ネジが壁面に形成されたネジ穴１７ｂが穿設されている。従って、凸部１７ａが形成されている箇所においては、同部１７ａの幅寸法に応じて、ドライバゲート電極１８の内周部分の内周径は局所的に上記口径Ｄよりも大きくなっており、同電極１８の内周部分の端と凸部１７ａとの間には絶縁基板３０が介在している。
【００２９】
他方、各カソード取出し端子４０の一端部（Ｌ字型の末端部又は根元部に相当）４０ｂは、図４及び図８に示す通り、リング状支持部たる第１Ｌ字型部１４ｂ１（同部１４ｂ１は第１フランジ１５との結合を通じてカソード電極部（５，６）に電気的に接続されている）の表面（同面は絶縁筒１４の外周側面側に向いている）上であって、且つ、対応するゲート取出し端子部１０Ｏに隣接する近傍位置上に固設されている。しかも、各カソード取出し端子４０はＬ字型の縦断面形状を成して絶縁筒１４の外周側面に沿って上方に延びた短冊状板より成ると共に、Ｌ字型の短冊状板の先端部４０ｃが対応するゲート取出し端子部の突出方向に沿う様に絶縁筒１４の外周側面より見て外側（垂直方向）に突出している。しかも、各カソード取出し端子部４０の先端部４０ｃの中央部分には、雄ネジを通し得る口径を有する開孔部（ネジ穴）４０が形成されている。
【００３０】
カソード取出し端子４０は以上の構成を有するので、ＧＣＴ素子１のカソード電極部側と多層基板２０との接続は６本の締結ネジ６０を用いた６回のネジ締結作業によって簡単に実行できる。即ち、先行するゲート取出し端子部１０Ｏとドライバゲート電極１８とのネジ止め作業により、図８に示す様に各ネジ穴４０ａ，１７ｂは各中心軸が同軸となるように既に重なり合っている。従って、作業者は各ネジ６０を対応するネジ穴４０ａを介して対応するネジ穴１７ｂに螺合させることによって、各カソード取出し端子４０をドライバカソード電極１７の内周縁部（一部に該当）の対応する箇所たる凸部１７ａにネジ止めすることができる。このネジ締結作業は今の例では６回で済み、当該作業が容易であることは明らかである。この様なネジ締結作業を利用してＧＣＴ素子１のカソード電極部側と多層基板２０及びゲートドライブ装置２との接続を容易に実現しているので、多層基板２０のドライバカソード電極１７の面精度をカソード電極部（５，６）のそれと同程度までに製造・管理する必要性は全くなくなったと言える。
【００３１】
以上の通り、図２に示すゲート取出し端子１０と図４，図８に示すカソード取出し端子４０とを有する本ＧＣＴ素子１を採用することにより、既述した問題点（１）及び（２）は完全に解決されたと言える。
【００３２】
ここで留意すべき点は、本ＧＣＴ素子１では、絶縁筒１４の外周側面より複数本の短冊状板のゲート取出し端子部１０Ｏを放射状に設けた、複数方向取出し方式を採用しているということである。この方式の採用ないしは着眼点は一見するとＧＴＯ又はＧＣＴの開発傾向に逆行しているようにも見える。即ち、従来のＧＴＯにおけるゲート取出しについては、リード線又は１枚の短冊状板を用いた一方向取り出し方式を採用していたところ、ＧＣＴの開発にあたっては、ゲート取出しはリング状のゲート取出し端子を用い且つ多層基板を介してリング状ゲート取出し端子を外部のゲートドライバに接続するリング状取出し方式が採用された。しかも、ＧＴＯについても、最近では、ゲート取出し方式として上述のリング状取出し方式を採用してゲート接続部をリング状に設定する旨が提案されるに至っている（例えば特開平１０−２９４４０６号公報参照）。しかるに、本形態に係るＧＣＴ素子１においては、そのゲート取出し方式としてリング状取出し方式を採ることを否定して、上述した複数方向取出し方式を採用しているのである。この様なトレンドに逆行する様なゲート取出し方式を着想し採用するためには、積極的な理由ないしは現在の上記トレンドに対する疑念・課題認識がなければならない筈である。この理由が既述した問題点（１）であることは言うまでもない。しかるに、既述した問題点（１）は関連する先行文献（例えば特開昭６２−７６６３６号公報、特開昭６０−５３０５７号公報、実開昭５８−７４３５１号公報、特開平１０−２９４４０６号公報他）には何ら開示・提案・教示されていないところである。
【００３３】
尚、図４に示したカソード取出し端子４０に代えて、振動や熱応力を吸収するという観点から、図９に示すカソード取出し端子４０Ａの様に、曲がり部４０ｄをゲート取出し端子１０と同様に設けるようにしても良い。
【００３４】
（変形例１）
本変形例に係るＧＣＴ素子１の外観構成の平面図は図１と共通しているが、ゲート取出し端子１０の形状は、図２の一体化された一部リング状のゲート取出し端子１０のそれとは相違している。即ち、本変形例においては、図１０の平面図に示す様に、扇子状の一枚の短冊状板よりゲート取出し端子１０が構成されており、図１０に示す同端子１０をここでは６個準備した上でそれらを個別に組み立てることによって図１のＧＣＴ素子１を形成している点に特徴がある。尚、図１０中、図２と同一符号のものは同一名称であり、カソード電極取出し端子４０は図４，図８に示したものと同一である。
【００３５】
本変形例では、ゲート取出し端子１０が図２のものと比べて一体形成されていない点で、部品加工及び取付け配置に関しては劣るが、それ以外の点では図２のゲート取出し端子１０を採用した場合と同じであるから、同様に既述の問題点（１）及び（２）を克服することが可能である。
【００３６】
図１０の本変形例に係るゲート取出し端子１０を６個準備して個々に取り付けることによって出来上がったＧＣＴ素子のIII−IV線、V−VI線に関する縦断面図を、それぞれ図１１及び図１２に示す。但し、図１２では多層基板２０とゲートドライブ装置２も図示している。
【００３７】
尚、図１１及び図１２では、ゲート電極１９は実施の形態１の場合と同様にリング形状のものとしているが、本変形例の場合には、図１０に示す様に、各ゲート取出し端子１０の内周平面部１０Ｉがリング状ではなく短冊状板の一部分であるため、ゲート電極１９を必ずしもリング形状としておく必要がない。そこで、リング形状のゲート電極に代えて、ゲート取出し端子１０の内周平面部１０Ｉが位置する対応箇所に個別にブロック形状のものをゲート電極１９として配設しても良い。その様な本変形例の更なる変形例を、図１２の変形図面として、図１３に示す。
【００３８】
（変形例２）
実施の形態１ではＬ字型の短冊状板より成るカソード取出し端子４０を設けることによって既述した問題点（２）を克服していたが、第１次的な問題点（１）のみを改善するものに変形しても良い。その様な変形例に係るＧＣＴ素子１の外観図を図１４の平面図に示す。
【００３９】
本変形例では、ゲート取出し端子１０は図２に示すものと同一であり、同端子１０の６本の短冊状のゲート取出し端子部１０Ｏが等間隔で放射状に絶縁筒１４の側面より突出している。この点は実施の形態１と同一である。しかし、ＧＣＴ素子１のカソードポスト電極６と多層基板２０のドライバカソード電極１７との接続は図２２と同様に従来の圧接方式によっている。従って、ドライバカソード電極１７にはそれを貫く開孔部は形成されておらず、絶縁基板３０とドライバゲート電極１８とが口径Ｄの開孔部を形成するのみであり、ＧＣＴ素子１のカソード側、つまりカソードポスト電極６と電気的に接続されて導通するドライバカソード電極１７の「一部」とは、同電極１７の先端部側寄りの中央部分に該当する。
【００４０】
本変形例に係る図１４のＧＣＴ素子１とゲートドライブ装置２との接続を図１５の上面図に示し、図１４のI-II線及びV-VI線に関する縦断面図（但し、多層基板２０とゲートドライブ装置２とを含む）をそれぞれ図１６及び図１７に示す。
【００４１】
本変形例によっても既述した問題点（１）を全面的に解消しうる利点があるので、本変形例に係るＧＣＴ素子１の有益性もまた大きいと言える。
【００４２】
尚、本変形例を既述した変形例１にも適用可能であることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、任意の方向に突出した各ゲート取出し端子部と多層基板のドライバゲート電極側の対応部分とをネジ締結するだけで良く、ゲート取出し部の共振に伴う騒音問題を発生させることなく、ネジ締結箇所を低減させることができ、ネジ止め作業数の低減によるコスト低減化を確実に図ることができる。特に比較的小口径の半導体スイッチング装置に本発明を適用する場合には、半導体スイッチング装置としての電気的性能をそのまま発揮させつつ、上記の効果が得られるという利点がある。
【００４４】
請求項１の発明によれば、ゲート取出し端子を一個の部材として構成することができるので部品の一体化を図ることができ、当該端子の加工及び取付けないしは組立てを容易化することができるという効果を奏する。
【００４５】
請求項２の発明によれば、各カソード取出し端子と多層基板のドライバカソード電極側の対応箇所とをネジ締結するだけで良いので、カソード側とゲートドライバとの接続が極めて簡単化され且つ確実化されると共に、多層基板の面精度をゲート転流型半導体素子のカソード電極部のそれと同様となるまでに管理する必要性が全くなくなり、この面でも更なるコスト低減化を図ることが可能となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の構成を示す上面図である。
【図２】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子に用いられるゲート取出し端子の全体構成を示す平面図である。
【図３】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の中核部分の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図４】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の中核部分の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図５】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の中核部分の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図６】  本実施の形態に係るＧＣＴサイリスタ装置と外部のゲートドライブ装置との接続を示す上面図である。
【図７】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の多層基板への接続を一部分を断面図形式で模式的に示す正面図である。
【図８】  本実施の形態に係るＧＣＴ素子の多層基板への接続を一部分を断面図形式で模式的に示す正面図である。
【図９】  カソード取出し端子の変形例を示す断面図である。
【図１０】  ゲート取出し端子の変形例１を示す平面図である。
【図１１】  変形例１を示す縦断面図である。
【図１２】  変形例１を示す縦断面図である。
【図１３】  変形例１を示す縦断面図である。
【図１４】  変形例２に係るＧＣＴ素子の構成を示す上面図である。
【図１５】  変形例２の場合におけるＧＣＴサイリスタ装置と外部のゲートドライブ装置との接続を示す上面図である。
【図１６】  変形例２を示す縦断面図である。
【図１７】  変形例２を示す縦断面図である。
【図１８】  ターンオフゲインとゲート逆電流上昇率との関係を示す図である。
【図１９】  ターンオフゲインとＧＣＴ素子のカソード電極径との関係を示す図である。
【図２０】  従来のＧＣＴ素子の構成を示す上面図である。
【図２１】  従来のＧＣＴサイリスタ装置と外部のゲートドライブ装置との接続を示す上面図である。
【図２２】  従来のＧＣＴ素子と多層基板との接続を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  ＧＣＴ素子（ＧＣＴ本体）、２  ゲートドライブ装置（ゲートドライバ）、１０  ゲート取出し端子、１０ｂ  ネジ穴（開孔部）、１０Ｏ  短冊状外側部、１４  絶縁筒、２０  多層基板、４０  カソード取出し端子、４０ａ  ネジ穴（開孔部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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