(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とは、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタに固定され、接続されており、前記コネクタは、前記電極端子と接続される円筒部を有すると共に、
外力に応じて軸径が変化する先端部を備えたピンを用いて、前記各電極端子と前記コネクタの円筒部とを貫通して固定し、接続することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とは、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタに固定され、接続されており、
前記電極端子は、前記半導体素子の周囲を囲む円筒形状部を有し、前記コネクタは、前記電極端子の円筒形状部と嵌合する円周状の嵌合部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート電極端子と前記カソード電極端子とは、互いに異なる半径の円筒形状部を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とを、前記制御基板に対して実質的に平行な面内で回転させて、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタのスリットに挿入固定し、接続することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート電極端子を回転させて前記コネクタのスリットに挿入する第１の回転方向と、前記カソード電極端子を回転させて前記コネクタのスリットに挿入する第２の回転方向とは互いに反対方向であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子は、ＧＣＴサイリスタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置について、図７及び図８を用いて説明する。図７の（ａ）は、従来の半導体装置の平面図である。この半導体装置は、半導体素子が制御基板に取り付けられてなる。この半導体素子としてはサイリスタが用いられ、サイリスタ本体の外装側面から取り出された数個のゲート電極端子５２が制御基板５１上に設けられたコネクタ５７にネジで締付け固定され、電気的に接続されている。同様に、サイリスタ本体の外装側面から取り出された数個のカソード電極端子がコネクタにネジで締付け固定され、電気的に接続されている。
【０００３】
なお、従来の半導体装置において、特開平１０−２７０４７５号公報には、互いに向き合うように付勢されたサイリスタのカソード電極とゲートドライバのカソードポスト電極を圧接して接続している圧接型半導体装置が開示されている。また、特開平１０−３２３０１７号公報には、配線基板に設けた雌型コネクタに、半導体スイッチング素子の雄型のゲート端子を挿入する半導体装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の半導体装置では半導体素子の電極端子を制御基板のコネクタに固定するためにネジで締付け固定していたため、多数のネジを締付け固定しなくてはならず、ネジが緩まないように締付トルク管理を行う必要があり、組立作業効率が悪い。
【０００５】
また、半導体素子の大容量化に伴い、半導体素子をスイッチング動作させる際にゲート電極及びカソード電極に流れる電流も増加するため、半導体素子からの電極端子と制御基板上のコネクタの数を増す必要がある。そのため、半導体素子の大容量化が進むにつれて半導体装置の組立作業性は益々悪くなっている。さらに、電極端子とコネクタとの間で大電流が流れても発熱しないように、また、スイッチング速度を速くすると共に、損失を小さくすために、ゲート電極端子、カソード電極端子と制御基板上のコネクタとの接続部のインピーダンスを低くする必要がある。しかし、従来のネジの締付け固定による取り付けでは十分ではなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、半導体装置の組立作業効率を改善すると共に、ゲート電極、カソード電極と制御基板との接続部のインピーダンスを低くすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とは、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタに固定され、接続されており、前記コネクタは、前記電極端子と接続される円筒部を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、外力に応じて軸径が変化する先端部を備えたピンを用いて、前記各電極端子と前記コネクタの円筒部とを貫通して固定し、接続することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記コネクタはスルーホール部を備えており、前記電極端子を前記コネクタのスルーホール部に挿入固定し、接続することを特徴とする。
【００１０】
またさらに、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記電極端子は、前記コネクタのスルーホール部に挿入する分岐部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記電極端子は、ピン形状部を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記ゲート電極端子のピン形状部は、前記カソード電極端子のピン形状部とは異なる外径を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体装置は、ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とは、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタに固定され、接続されており、
前記電極端子は、前記半導体素子の周囲を囲む円筒形状部を有し、前記コネクタは、前記電極端子の円筒形状部と嵌合する円周状の嵌合部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記ゲート電極端子と前記カソード電極端子とは、互いに異なる半径の円筒形状部を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、ゲート電極及びカソード電極を備えた半導体素子を制御基板に取り付けてなる半導体装置であって、
前記ゲート電極に接続されたゲート電極端子と、前記カソード電極に接続されたカソード電極端子とを、前記制御基板に対して実質的に平行な面内で回転させて、それぞれ前記制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタのスリットに嵌合固定し、接続することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記ゲート電極端子を回転させて前記コネクタのスリットに挿入する第１の回転方向と、前記カソード電極端子を回転させて前記コネクタのスリットに挿入する第２の回転方向とは互いに反対方向であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置であって、前記半導体素子は、ＧＣＴサイリスタ（Gate Commutated Turn-off Thyristor）であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について、添付図面を参照して以下に説明する。なお、同一符号を付した部材は同一部材を指すものとする。
【００１９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置について、図１を用いて説明する。この半導体装置の平面図を図１の（ａ）に示す。また、図１の（ｂ）には、図１の（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。この半導体装置は、半導体素子１を制御基板６に取り付けてなる。また、この半導体素子１のゲート電極端子２と、制御基板６に設けられた制御回路（図示せず）に接続されているコネクタ７とは、図１の（ｂ）に示すように、ピン１０で貫通され、固定されている。なお、カソード電極端子３もゲート電極端子２と同様にピン１０で貫通され、固定されている。このコネクタ７は円筒部を備えており、ピン１０で電極端子２とコネクタ７の円筒部とを貫通固定した場合に安定させることができる。また、このピン１０は、図１の（ｃ）に示すように、先端に外力に応じて軸径が変化する先端部１１を備えており、例えば、加えられる外力が小さい場合には先端部１１は、軸から半径方向外向きに広がって、先端部１１の軸径が大きくなる。このピン１０としては、例えば、先端部１１にバネ部材を取り付けておくことで、外力のない場合には軸径を大きくすることができ、外力を加えると軸径を抑えることができる。そこで、このピン１０の先端部１１をコネクタ７の円筒部から突出させ、外力から開放し、先端部１１の軸径を大きくして電極端子３をコネクタ７に固定している。このようにピン１０の先端部の軸径を大きくして電極端子３をコネクタ７に固定する方法によれば、ネジを締付け固定する方法に比べて組立作業効率を改善することができる。また、電極端子３とコネクタ７との接続部に振動が加わった場合でもネジのように緩みが発生せず、脱落等も生じない。
【００２０】
次に、ピン１０を用いてゲート電極端子２とコネクタ７とを接続する方法について説明する。ピン１０を接続部に挿入するにあたっては、ピン１０の先端部１１に外力を加えて先端部１１の軸径を抑えておき、ゲート電極端子２とコネクタ７の円筒部とを互いに重ねてピン１０を挿入する。その後、コネクタ７の円筒部を貫いてピン１０の先端部１１を突出させると、先端部１１の軸径が広がってコネクタ７から外れなくなり、ゲート電極端子２とコネクタ７とが固定される。なお、このピン１０の形状は、図１の（ｃ）に示す例に限られず、外力に応じて軸径が変化する形状であればよい。例えば、バナナクリップ等の形状を用いることができる。
【００２１】
さらに、この半導体装置の具体的な構成について、説明する。半導体装置に用いる半導体素子としては、例えば、ＧＣＴサイリスタ（Gate Commutated Turn-off Thyristor）を用いることができる。このＧＣＴサイリスタによって大容量パワーデバイスとして機能させることができる。また、このＧＣＴサイリスタは、スイッチング動作させる際にゲート電極及びカソード電極に大電流が流れるので、制御基板６上に設けられた制御回路に接続されているコネクタ７との接続部における発熱を抑えるために、図１の（ａ）に示すように、それぞれ６つのゲート電極端子２及びカソード電極端子３が設けられている。さらに、制御基板６には、制御回路としてゲートドライバ等を組み合わせてもよい。ＧＣＴサイリスタとゲートドライバとをユニット化することによってさらに取扱いの容易となり、様々な大容量パワーエレクトロニクス機器に用いることができる。
【００２２】
以上、詳述した通り、この半導体装置では、上述の通り各電極端子とコネクタとを固定し、接続するにあたって、外力に応じて軸径が変化する先端部を備えたピンを用いて電力端子とコネクタとを貫通固定し、接続している。そこで、従来に比べてねじを回して止める必要がなくなるので、組立作業性が向上する。
【００２３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る半導体装置について、図２を用いて説明する。この半導体装置は、実施の形態１に係る半導体装置と比較すると、電極端子とコネクタとをピンで固定して接続するのではなく、図２の（ｃ）に示すように、電極端子３に設けた分岐部１２を制御基板６に設けたコネクタ１７のスルーホール部に挿入して接続している点で相違する。具体的には、図２の（ａ）に示すように、ゲート電極端子３に分岐部１２を設けており、制御基板６に設けられた制御回路に接続されたコネクタ１７は、図２の（ｂ）に示すように、スルーホール部を備えている。上記接続方法によって、分岐部１２とコネクタ１７のスルーホール部との接触部分を広くすることができると共に、コネクタ１７の高さを低くできるので、全体の高さを抑えることができる。
【００２４】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体装置について、図３及び図４を用いて説明する。この半導体装置は、実施の形態１に係る半導体装置と比較すると、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲート電極端子２２とカソード電極端子２３とは、それぞれ異なる半径の円筒形状部を有している。また、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、制御基板６上に設けられた制御回路（図示せず）に接続されているコネクタ２７は、上記円筒形状部に嵌合する円周状の嵌合部を備えている。この電極端子２２、２３の円筒形状部がコネクタ２７の嵌合部に嵌合固定され、電気的に接続されている点で相違する。このように、電極端子の円筒形状部を、コネクタの円周状の嵌合部に嵌合固定することで、電極端子とコネクタとの接続部分のインピーダンスを極めて低くすることができる。そのため、この接続部分に大電流が流れた場合でも発熱を抑制することができる。また、半導体素子のスイッチング時間を短くすることができる。さらに、組立作業効率も大きく改善できる。なお、電極端子２２、２３とコネクタ２７とのそれぞれの接触部分に金、銀、ニッケル等のメッキ処理を施してもよい。メッキ処理によってさらに接触抵抗を低くすることができる。なお、この半導体素子１の底部にはアノード電極２５を備えている。
【００２５】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る半導体装置について、図５を用いて説明する。この半導体装置は、実施の形態１に係る半導体装置と比較すると、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ピン形状部を有するゲート電極端子３２と、ピン形状部を有するカソード電極端子３３を用いており、制御基板６に設けられた制御回路（図示せず）に接続されているコネクタ１７のスルーホール部に直接挿入して電気的に接続する点で相違する。また、各電極端子３２、３３のピン形状部は、それぞれ外径が異なる点で相違する。例えば、ゲート電極端子３２のピン形状部の外径をカソード電極端子３３のピン形状部の外径より細くしておくことで、それぞれ対応するコネクタ１７以外のコネクタ１７に誤って挿入されることを防止できる。なお、各電極端子３２、３３のピン形状部をコネクタ１７に確実に挿入し、決められた位置に固定できるようにフランジ３６を設けてもよい。また、ゲート電極端子３２、カソード電極端子３３のピン形状部の断面形状は、円形に限られることなく、矩形、三角形等の種々の断面形状であってもよい。さらに、ピン形状だけでなく、板状であってもよい。
【００２６】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る半導体装置について、図６を用いて説明する。この半導体装置は、実施の形態１に係る半導体装置と比較すると、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲート電極端子４２及びカソード電極端子４３は、制御基板６に平行な板状部を備え、制御基板６に設けられた制御回路（図示せず）に接続されているコネクタ４７は、制御基板６に平行なスリット４６を備えている点で相違する。また、この電極端子４２、４３の板状部を制御基板に平行な面内で回転させてコネクタ４７のスリット４６に挿入固定して、電気的に接続している点で相違する。具体的には、図６の（ａ）に示すように、ゲート電極端子４２の板状部は、制御基板６に平行な面内で上方から見て左に回転させてコネクタ４７のスリット４６に挿入固定し、一方、カソード電極端子４３の板状部は、制御基板６に平行な面内で右に回転させてコネクタ４７のスリット４６に挿入固定している。また、図６の（ｃ）に示すように、コネクタ４７に設けるスリット４６は、制御基板に平行な面からいくらかの傾斜させて設けてもよい。これによって、半導体装置に加わる外力の方向が制御基板に垂直な方向の外力を受けても接続部は容易に外れない。また、制御基板に対して平行な方向の外力であっても、ゲート電極端子とカソード電極端子の接続部は同時に外れないので、安定した接続を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置によれば、ゲート電極及びカソード電極と接続するゲート電極端子及びカソード電極端子を制御基板に設けられた制御回路に接続されているコネクタに固定され、接続されると共に、該コネクタは円筒部を備えている。この円筒部に固定用のピンを貫通させたり、電極端子を貫通させることで、電極端子とコネクタとの接続を安定させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置によれば、外力に応じて軸径が変化するピンを用いて各電極端子とコネクタとを貫通固定し、接続している。これによって、ネジを用いる場合よりも組立作業効率を改善でき、振動等によっても電極端子とコネクタとの接続部分が緩まず、安定した接続部を形成することができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る半導体装置によれば、ゲート電極端子及びカソード電極端子をコネクタのスルーホール部に挿入固定し、接続している。これによってコネクタの高さを抑えることができ、効率的な配置を行うことができる。
【００３０】
またさらに、本発明に係る半導体装置によれば、電極端子に分岐部を設けているので、コネクタのスルーホール部に嵌合固定し、接続することができる。
【００３１】
また、本発明に係る半導体装置によれば、電極端子はピン形状部を有するので、コネクタのスルーホール部に挿入しやすい。
【００３２】
さらに、本発明の半導体装置によれば、ゲート電極端子のピン形状部とカソード電極端子のピン形状部とは、互いに異なる外径を有するので、それぞれ対応するコネクタ以外に誤って挿入されるのを防止することができる。
【００３３】
本発明に係る半導体装置によれば、電極端子は半導体素子の周囲を囲む円筒形状部を有しており、コネクタは該電極端子の円筒形状部と嵌合する円周状の嵌合部を有するので、電極端子とコネクタとの接続部のインピーダンスを低くすることができる。
【００３４】
また、本発明に係る半導体装置によれば、ゲート電極端子とカソード電極端子とは、互いに異なる半径の円筒形状部を有している。これによって、各電極端子を安定に制御基板に取り付けることができ、組立作業効率も改善できる。
【００３５】
本発明に係る半導体装置によれば、電極端子を制御基板に平行な面内で回転させてコネクタのスリットに挿入固定し、接続している。これによって、制御基板に垂直な方向の外力を受けても電極端子とコネクタとの接続部は容易に外れない。
【００３６】
また、本発明に係る半導体装置によれば、ゲート電極端子を回転させてコネクタに挿入する第１の回転方向と、カソード電極端子を回転させてコネクタに挿入する第２の回転方向とを互いに反対方向としている。これによって、半導体装置に加わる外力の方向が制御基板に対して平行な方向な場合であっても、ゲート電極端子とカソード電極端子とは、コネクタから同時に外れないので、安定した接続を得ることができる。
【００３７】
さらに、本発明に係る半導体装置によれば、半導体素子はＧＣＴサイリスタであるので、大容量パワーデバイスとしての機能を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線に沿ったゲート電極端子と基板上のコネクタとの接続部分の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）でゲート電極端子を固定しているピンの形状を示す概略図である。
【図２】  （ａ）は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置におけるカソード電極端子の断面図であり、（ｂ）は、制御基板に設けたコネクタのスルーホール部の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のカソード電極端子の分岐部を（ｂ）のコネクタのスルーホール部に挿入した場合の断面図である。
【図３】  （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置に用いるサイリスタの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図４】  （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置に用いるコネクタを設けた制御基板の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の制御基板に図３のサイリスタを取り付けた場合の断面図である。
【図５】  （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図６】  （ａ）は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の別の態様の断面図である。
【図７】  （ａ）は、従来の半導体装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図８】  （ａ）は、図７の（ａ）の従来の半導体装置のＦ−Ｆ’線に沿った断面図であり、（ｂ）は、従来の半導体装置のＧ−Ｇ’線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１  サイリスタ、２  ゲート電極端子、３  カソード電極端子、４  カソード電極、５  アノード電極、６  制御基板、７  コネクタ、８  固定部、９  座金、１０  ピン、１１  先端部、１２  分岐部、１４  スルーホール、１７  コネクタ（スルーホール部）、２２  ゲート電極端子、２３  カソード電極端子、２４カソード電極、２５  アノード電極、２７  コネクタ、２８  固定部、３２  ゲート電極端子（ピン形状部）、３３  カソード電極端子（ピン形状部）、３４カソード電極、３５  アノード電極、３６  フランジ、４２  ゲート電極端子、４３  カソード電極端子、４４  カソード電極、４６  スリット、４７  コネクタ、４８  固定部、５１  サイリスタ、５２  ゲート電極端子、５３  カソード電極端子、５４  カソード電極、５５  アノード電極、５６  制御基板、５７コネクタ、５８  固定部、５９  座金、６０  ねじ、
【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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