专利名称：电力半导体开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用控制电极进行通断控制的门电路断开型的电力半导体开关装置的改善。
作为适用于大电流断流的电力半导体元件，有门电路关断闸流晶体管以及静电感应型晶体管元件等(以下称为GTO等)。
图10是包含有这些电力半导体元件的以往的电力半导体开关装置的电路图。图中，1是具有阳极A、阴极K以及栅极(控制电极)G的GTO等半导体元件，20是在栅电极G和阴极K之间加入反偏置的反偏置驱动电路，2是把在GTO等半导体元件1的栅电极G和阴极K之间进行反偏置的反偏置用的电能存储起来的电容器等蓄能元件，3是通过导通控制把存储在蓄能元件2上的电能反向加入到阴极K和栅电极G之间使得GTO等元件1转移到断开状态的反偏置开关。
Son是供给正偏置信号的正偏置信号端子，Soff是供给反偏置信号的反偏置用信号端子，Vs是反偏置电源端子，B是反偏置电源，COM是阴极电位的共同端子。
下面，说明该电力半导体开关装置的动作。
蓄能元件2中从反偏置电源B存储使栅电极G和阴极K之间反偏置的反偏置用的电能。只要反偏置开关3被控制变为非导通状态，该电能就不能被用于使GTO等半导体元件1的栅电极G和阴极K之间进行反偏置。如果GTO等半导体元件1初始被控制为断开状态，则根据以共同端子COM为基准从正偏置信号端子Son供给的正偏置信号，GTO等半导体元件1从断开状态转移到导通状态。
为了使转移到导通状态的GTO等半导体元件1转移到断开的状态，通过在不把正偏置信号供给正偏置信号端子Son的状态下使得阳极电流流过预定的时间或为零，或者把栅电极G和阴极K之间进行反偏置来实现。为此，通过从反偏置信号端子Soff把反偏置信号供给反偏置开关3，把反偏置开关3控制为导通状态，根据存储在蓄能元件2的反偏置用的电能，把栅电极G和阴极K之间进行反偏置。
在这样的电力半导体开关装置中，通常控制阳极A和阴极K之间的导电性的驱动电路20和GTO等半导体元件1之间的连接通过读出阴极K的读出线和读出栅电极G的读出线进行。虽然需要通过反偏置驱动电路10在响应性和可靠性方面良好地实现电力半导体开关装置的导电性的控制，但在这种情况下，读出线的阻抗成为障碍，难以流过非常大的反偏置栅电流以及具有非常大的变化速度(-dIg/dt)(这里Ig是栅电流)的反偏置栅电流。因此，GTO等半导体元件1断流能力受到限制，难以提高断流能力。
对此，欧洲专利EP0328778B1号公告中揭示了电力半导体器件的封装的概念。图11示出把其电力半导体器件的封装概念具体化了的以往的电力半导体器件的构造。图中，W是电力半导体晶片，Aa是起到阳极作用的第1铜块电极，Ka是起到阴极作用的第2铜块电极，Kb，Kc是电连接到第2铜块电极Ka上的阴极扩展电极，Ga是接触到电力半导体晶片W的栅极表面的圆柱形栅电极。
在图11所示的被封装化了的电力半导体器件中，示出了反偏置驱动电路分别由电容器2a和反偏置开关3a组成的多个串连电路构成，在圆柱形栅电极Ga和圆柱形阴极扩展电极Kc之间配置这些串连电路群的概念。即，示出了和电力半导体晶片W一起在同一个封装内，安装了分别由电容器2a和反偏置开关3a组成的多个串连电路构成的反偏置驱动电路的概念。
在根据这样的封装概念的电力半导体开关装置中，如图10所示那样由于除去了以往的开关装置中的栅电极的读出线所产生的电感，所以加大了反偏置栅电流的变化速度-dIg/dt，能够期待提高断流能力。
由于以往的电力半导体开关装置如以上那样构成，所以反偏置驱动电路的部件配置在包含有高温(125℃)的电力半导体晶片W的封装内，所以存在反偏置开关(例如MOSFET)的电压降将增加同时其导电能力也降低的问题。
还有，自身存在着因为电容器2a的耐热性不能承受上述高温，或者尺寸限制而静电容量不足所以难以流过所需要的反偏置电流(或者是作为清除电流的时间积分值的电荷)的问题。
例如，电解电容器和有机半导体电容器如果考虑到寿命，则由于耐热性不够而不能够使用，迭层陶瓷电容器由于不仅其每单位体积的静电容量小而且在高温下静电容量显著地下降，所以在上述高温环境下不能够使用。另外，如果强行地把这样的电容器使用在图11所示那样的以往的电力半导体开关装置中，则构成反偏置驱动电路部件的可靠性将下降。
本发明是为解决上述问题而形成的，目的在于得到能够实现提高断流能力和高可靠性的并存，进而能够谋求提高安装性的电力半导体开关装置。
本发明第一方案的电力半导体开关装置具备具有把收容在平面封装中并且如果导通则流过主电流的第1以及第2平面主电极，从平面封装向外侧突出并且和第2平面主电极构成一对，控制第1以及第2平面主电极之间的导电的环形控制电极的电力半导体开关装置；在控制电极和上述第2主电极之间加入正偏置的正偏置驱动装置；具备配置在电力半导体开关装置的控制电极的周围，从反偏置电源装置供给并存储用于在控制电极和第2主电极之间加入反偏置的电能的蓄能装置，以及具有和蓄能装置串联连接在一起，一旦电路导通就把蓄能装置存储的电能加入到控制电极和第2主电极之间的开关装置的反偏置驱动装置；具有安装反偏置驱动装置的安装底板，安装底板具有贯通电力半导体开关装置的第2主电极的贯通孔，由此，平面封装靠近贯通孔设置，而且贯通孔的周边部分地包围住平面封装，另外，安装底板还具有和电力半导体开关装置的控制电极电连接的接触部分。
本发明第二方案的电力半导体开关装置还具有压接第2主电极一个平面的良导电性金属板和良导电性按压环，在良导电性金属板以及良导电性按压环之间，夹入控制电极以及安装底板。
本发明第三方案的电力半导体开关装置把正偏置驱动装置与反偏置驱动装置安装成相互离开。
本发明第四方案的电力半导体开关装置还具有和安装了反偏置驱动装置的安装底板相分离，安装了正偏置驱动装置的另一个底板。
本发明第五方案的电力半导体开关装置把反偏置电源装置安装在另一个底板上。
本发明第六方案的电力半导体开关装置还具有在安装底板上的反偏置驱动装置附近安装的，驱动反偏置驱动装置的开关装置的前置驱动装置。
本发明第七方案的电力半导体开关装置用贯通孔把安装了反偏置驱动装置的安装底板的表面分割成两个区域，反偏置驱动装置具有被分别分割配置在把贯通孔夹在中间而相对的两个区域中的第1以及第2反偏置驱动电路。
本发明第八方案的电力半导体开关装置还具有压接第2主电极一个平面的良导电性金属板和良导电性按压环，在良导电性金属板以及良导电性按压环之间夹入控制电极以及安装底板。
本发明第九方案的电力半导体开关装置把正偏置驱动装置与反偏置驱动装置安装成相互离开。
本发明第十方案的电力半导体开关装置还具有和安装了反偏置驱动装置的安装底板相分离，安装了正偏置驱动装置的另一个底板。
本发明第十一方案的电力半导体开关装置把反偏置电源装置安装在上述另一个底板上。
本发明第十二方案的电力半导体开关装置还具有分别安装在设置在安装底板的两个区域的各个区域中的第1以及第2反偏置驱动电路附近并分别驱动第1以及第2反偏置驱动电路的对应开关装置的第1以及第2前置驱动装置。
如上所述，如果依据第1方案记述的本发明，则由于构成为具备包容在平面封装中一旦导通就流过主电流的第1以及第2平面主电极，从平面封装向外侧突出的同时和第2平面主电极构成为一对并控制第1以及第2平面主电极之间的通电的呈环状的控制电极的电力半导体开关装置，以及安装了反偏置驱动装置的安装底板，安装底板具有贯通电力半导体开关装置的第2主电极的贯通孔使得平面封装被靠近设置，由此，平面封装靠近贯通孔设置并且贯通孔的周边部分地包围住平面封装，另外，安装底板还具有电连接电力半导体开关装置的控制电极的接触部分，所以，具有反偏置驱动装置能够减轻从电力半导体晶片受到的恶劣的热影响，能够提高可靠性的效果。
另外，由于反偏置驱动装置配置在从平面封装突出的环形控制电极的外周，所以具有以下效果，即不仅能够在控制电极整体上均匀地施加反偏置，而且能够减小反偏置驱动装置的环路阻抗，即使在受限的反偏置电压下也能够向控制电极加入高速且大电流产生的反偏置，提高断流能力。
如果依据第2方案以及第8方案记述的本发明，则由于构成为还具有压接在第2主电极一方的平面上的良导电性金属板和良导电性按压环，使得在良导电性金属板以及良导电性按压环之间夹入控制电极以及安装底板，所以具有以下效果，即可以得到高机械强度，进而，由于良导电性按压环起到使控制电极在周边部分的整个圆周的电位均匀化的作用，因而控制电极能够被进一步均匀地反偏置，提高断流能力，提高机械的可靠性。
如果根据第3方案以及第9方案记述的本发明，则由于构成为使正偏置驱动装置离开反偏置驱动装置进行安装，所以具有以下效果，即能够减轻由于变化大而且大电流的反偏置电流使正偏置驱动装置所受到的感应噪声的影响，另外，通过把电力半导体开关装置和正偏置驱动装置相互离开，能够提高作为电力半导体开关装置在安装上的自由度。
如果依据第4方案以及第10方案记述的本发明，则由于构成为还具有与安装了反偏置驱动装置的安装底板相互离开、且安装了正偏置驱动装置的其他安装底板，所以具有以下效果，即能够减轻由于变化大而且大电流的反偏置电流使正偏置驱动装置所受到的感应噪声的影响，另外，由于是把电力半导体开关装置和正偏置驱动装置安装在分别离开的底板上的结构，所以能够提高电力半导体开关装置以及正偏置驱动装置的安装上的自由度。
如果依据第5方案以及第11方案记述的本发明，则由于反偏置电源装置安装在上述其它的底板上，所以具有提高电力半导体开关装置以及反偏置电源装置的安装上的自由度的效果。
如果依据第6方案记述的本发明，则由于构成为还具有设置在安装底板上的反偏置驱动装置附近用于驱动反偏置驱动装置的开关装置的前置驱动装置，所以具有以下效果，即能够减低包括笫2主电极和控制电极在内的反偏置驱动装置的环路阻抗，能够使反偏置驱动装置的开关装置的栅电极电压稳定，即使在前置驱动电路装置和反偏置驱动装置的开关装置之间加入噪声也能够防止开关装置进行误动作，能够提高可靠性。
如果依据第7方案记述的本发明，则由于构成为贯通孔把安装了反偏置驱动装置的安装底板的表面分割成两个区域，反偏置驱动装置分别分割并配置在把贯通孔夹在中间的相对的两个区域的第1以及第2反偏置驱动电路，所以具有以下效果，即安装底板的宽度只要是能够收容平面封装的宽度即可，与在控制电极外周整体上配置反偏置驱动装置的构成相比能够减少安装底板的宽度，在把分别安装了电力半导体开关装置等的多个安装底板重叠的情况下，能够减少通过相互固定用螺栓和相互固定用皮带的空间宽度和间隔，可以得到重叠的机械强度，并且使结构小型化。
如果依据第12方案记述的本发明，则由于构成为还具有在安装底板的两个区域的每一个中设置的第1以及第2反偏置驱动电路附近分别安装，并分别驱动第1以及第2反偏置驱动电路的对应开关装置的第1以及第2前置驱动电路装置，所以具有以下效果，即与在控制电极外周整体上配置反偏置驱动装置的结构相比能够减小安装底板的宽度，在把分别安装了电力半导体开关装置等的多个安装底板重叠的情况下，能够减小通过相互固定用螺栓和相互固定用皮带的宽度和间隔，可以得到重叠的机械强度，能够小型化，能够降低把第2主电极和控制电极在内的各个反偏置驱动电路的环路阻抗，能够使各个反偏置驱动电路的开关电路的栅电极电压稳定，在各个前置驱动装置和各个反偏置驱动电路的开关装置之间即使加入噪声也能够防止开关装置误动作，能够提高可靠性。
图1是示出本发明实施形态1的电力半导体开关装置的构造以及配置的平面图。
图2是示出图1所示的的本发明实施形态1的电力半导体开关装置的安装底板上所安装的反偏置驱动电路一例构造的平面图。
图3是示出图1所示的本发明实施形态1的电力半导体开关装置的安装底板上所安装的反偏置驱动电路的其他例构造的平面图。
图4a是示出图1所示的电力半导体开关装置的构造的平面图。
图4b是图4a所示的电力半导体开关装置的侧面图。
图5a是示出图4a以及图4b所示的电力半导体开关装置的电力半导体开关元件构造、并把其一部分截断后的侧面图。
图5b是图5a所示的电力半导体开关元件的剖面图。
图6是示出本发明实施形态2的电力半导体开关装置构造的平面图。
图7a是示出图6所示的本发明实施形态2的电力半导体开关装置构造的平面图。
图7b是示出图7a所示的本发明实施形态2的电力半导体开关装置的侧面图。
图8a是示出图6所示的本发明实施形态2的电力半导体开关装置的另一个底板以及收容该另一个底板的框架构造的平面图。
图8b是图8a所示的另一个底板以及框架的侧面图。
图9a是示出图7a以及图7b所示的本发明实施形态2的电力半导体开关装置的电力半导体开关元件构造并把一部分截断后的侧面图。
图9b是图9a所示的电力半导体开关元件的剖面图。
图10是具有GTO等电力半导体开关元件的以往的电力半导体开关装置的电路图。
图11是把电力半导体器件的封装概念具体化的以往的电力半导体器件的构造图。
以下说明本发明的实施形态。
实施形态1图1是示出本发明实施形态1的电力半导体开关装置的构造以及配置的平面图，图中，11是收容在平面封装中的门电路断开型的电力半导体开关元件(以下称为GTO元件)，110是安装了元件11中所需要的各种电路的安装底板。GTO元件11具有从平面封装式的GTO元件11的侧面向外侧突出的环形栅电极G(控制电极)，第1主电极(未图示)，和栅电极G成对的第2主电极(未图示)。GTO元件11通过在栅电极和第2主电极之间加入反偏置而被关断。在GTO元件是PNP型的情况下，把第1主电极称为阳极，把第2主电极称为阴极。在以下的叙述中，假设GTO元件11是PNP型。
另外，20是由未图示的存储用于在GTO元件11的栅电极和第2主电极之间施加反偏置的电能的电容器等多个蓄能元件(参照图2)以及分别和各个蓄能元件2串联连接的未图示的多个反偏置开关3(参照图2)构成的反偏置驱动电路，16是控制反偏置驱动电路20的反偏置开关3的前置驱动电路。另外，17是按压环形的栅电极G，使得栅电极G电接触来自反偏置驱动电路20的反偏置施加到栅电极G上的未图示的栅电极驱动输出上的良导电性的按压环，18是穿通用于把按压环17以及栅电极G固定在未图示的其栅电极驱动输出面上的螺钉的按压环17的螺钉孔。
24是正偏置驱动电路，25是反偏置电源电路，CN1是具有输入了使反偏置驱动电路20动作，用于把反偏置加在GTO元件11的控制电极G，第2主电极之间的来自外部的控制信号这样输入的第1连接件，CN2是具有连接到正偏置驱动电路24的电源用的输入和连接到反偏置电源电路25的反偏置驱动用电源的其他输入的第2连接件，33是经过第1连接件CN1响应控制信号向前置驱动电路16送出预定信号的缓冲电路，100是收容正偏置驱动电路24，反偏置电源电路25，缓冲电路33，第1以及第2连接件CN1，CN2等的框架。
其次，对于图1中的安装底板110上所安装的反偏置驱动电路20的构造进行详细的说明。图2及图3分别是示出安装底板110上所安装的反偏置驱动电路20的具体例。图2以及图3的D1示出了插入作为GTO元件11的平面第2主电极作用的铜块部分的贯通孔30的直径，图2以及图3的41是形成在安装底板110的表面上的在和环形栅电极G电连接的状态下被压接的栅电极驱动输出即接触部分。图2以及图3的D3是栅电极驱动输出41的外径。图2的D4a～D4c是呈同心圆状配置在安装底板110上所形成栅电极驱动输出41的外侧周围区域中的反偏置驱动电路20的多个蓄能元件2的这些同心圆的直径，图3的D4是呈同心圆状配置在安装底板110上所形成的栅电极驱动输出41的外侧周围区域中的反偏置驱动电路20的多个储能元件2的这些圆的直径，图2以及图3的D5是把反偏置驱动电路20的反偏置开关3配置成圆形的其圆的直径。另外，图2以及图3中简略地画出了GTO元件11的平面封装。
实施形态1的电力半导体开关装置中，如从图1，图2，图3能够理解的那样，电力半导体晶片是收入在平面封装中的形式，在该平面封装内由于不设置反偏置驱动电路20，所以不会像图10所示在平面封装内设置了反偏置驱动电路的以往的电力半导体开关装置那样反偏置驱动电路受到电力半导体晶片的发热引起的恶劣的热影响，能够维持高可靠性。
另外，由于反偏置驱动电路20配置在位于环形栅电极G外周的安装底板110的周围部分上，所以由GTO元件11的栅电极电路以及反偏置驱动电路20构成的电路的环路阻抗(蓄能元件2→GTO元件11的第2主电极→栅电极G→反偏置开关3→蓄能元件2的环路阻抗)极小，即使在有限的反偏置下也能够实现由高速(高-dIg/dt)而且大电流进行的栅电极反偏置。根据该作用，栅电极反偏置电流如果等于或者稍大于阳极电流，则阳极电流的流出目标从阴极转换到栅电极，把栅电极和阴极之间完全地进行了反偏置。由于在该栅电极层(Pb)和阴极层(Nk)之间完全在反偏置条件下进行关断，因此在关断GTO元件11时提高了GTO元件11的电流允许值，根据GTO元件11能够提高可以断流的电流值。另外，由于用高-dIg/dt且大电流进行栅电极和阴极间的反偏置，所以存储时间(载流子的清除时间)Ts极短。从而，实现了高速开关，提高了断流性能和断流能力。
另外，如图1所示，把驱动图2和图3所示的反偏置驱动电路20的多个反偏置驱动开关3的前置驱动电路16安装在安装了反偏置驱动电路20的安装底板110上，进而，把前置驱动电路16配置在反偏置驱动电路20的附近。由此，由反偏置开关3的栅电极和前置驱动电路16构成的电路的环路阻抗降低。从而，能够使反偏置开关3的栅电极电压稳定，即使在前置驱动电路16和反偏置开关3之间加入了噪声，也能够防止反偏置开关3的误动作。即，得到了防止反偏置驱动电路20的反偏置开关3从流过高电压大电流的GTO元件11受到噪声而进行误动作的效果。
另外，由于正偏置驱动电路24配置在离开反偏置驱动电路20的位置上，所以难以受到来自高-dIg/dt且大电流的反偏置电流的感应噪声，另外，通过离开GTO元件11提高了安装上的自由度。还有，反偏置电源电路25由于也安装在离开反偏置驱动电路20的位置上，所以也提高了安装的自由度。
图4a是详细地示出实施形态1的电力半导体开关装置构造的平面图，图4b是其侧面图。另外，图5a是示出了图4a以及图4b所示的电力半导体开关装置的GTO元件11的安装并且把一部分断开的侧面图。另外，图5b是图5a所示的GTO元件11的剖面图。
在图4a中，D2表示把按压环17的螺钉孔18进行圆形配置时其圆的直径。还有，在图4b中，120是和按压环17一起把环形栅电极G和安装底板110夹持固定的良导电性金属板，对于GTO元件11的第2主电极的底面进行压接。该良导电性金属板120电连接到框架100上，而且机械地进行连接。另外，在图4b，5a以及5b中，51是夹在图2所示的安装底板110的栅电极驱动输出41和栅电极G之间的环形金属衬垫，52是夹在形成于安装底板110背面的反偏置驱动电路20的阴极接触部分和良导电性金属板120之间的金属衬垫。金属衬垫51，52用于根据第2主电极的底面和环形栅电极G之间的预定的距离，维持电连接在未图示的第1主电极上的GTO元件11的顶部，栅电极G，安装底板110以及金属板120之间的适宜尺寸关系。另外，在图4b中，虽然看到了按压环17以及金属衬垫51的总体，然而实际上，这些部件被反偏置驱动电路20遮挡而看不到。
另外，在图5a中，Ce是把GTO元件11包括在内的构成平面封装一部分的陶瓷封装，用剖面示出了按压环17，金属衬垫51以及安装底板110。在图5b中，54是用于在按压环17和金属衬垫51之间夹入栅电极G的螺钉，57是贯通安装底板110在金属衬垫52和金属衬垫51之间夹入安装底板110的螺钉。56是通过螺钉57防止栅电极G和未图示的第2主电极发生短路的绝缘套，55是把金属衬垫52固定到良导电性金属板120上的螺钉。
如从图5a以及5b所明了的那样，像含有陶瓷封装Ce的平面封装靠近贯通孔30设置而且贯通孔30的周边部分地包围住平面封装那样，GTO元件11的未图示的第2主电极贯通着贯通孔30。
螺钉54和金属衬垫51相啮合，另外螺钉57也在对于金属衬垫52呈绝缘的状态下贯通金属衬垫52的贯通孔以及安装底板110的图1所示的贯通孔18并和金属衬垫51啮合，其结果，规定了金属衬垫51对于安装底板110的安装位置。另外，规定了金属衬垫51的安装位置的结果，也就规定了按压环17和GTO元件11的安装位置。还有，固定在良导电性金属板120上的金属衬垫52对于安装底板110的安装位置也用螺钉57固定。
在安装底板110的背面形成着电连接到GTO元件11的未图示的第2主电极上的阴极接触部，通过压接到第2主电极上的良导电性金属板120和金属衬垫52进行该阴极接触部和GTO元件11的第2主电极之间的电连接。
这样，在压接到和栅电极G构成一对的第2主电极的底面上的良导电性金属板120和按压环17之间夹入了栅电极G和安装底板110。从而，栅电极G经过金属衬垫51和形成在安装底板110表面的图2所示的栅电极驱动输出41电接触。另外，在本实施例中，起到阴极作用的第2主电极把其底面对于良导电性金属板120进行压接，借助良导电性金属板120以及金属衬垫52电连接到阴极接触部。在这种情况下，栅电极G和第2主电极当然处于电绝缘状态。
如上述，在本发明实施形态1的电力半导体开关装置中，具有压接到和栅电极G成对的第2主电极底面上的良导电性金属板120和按压环17，由于是在这些良导电性金属板120和按压环17之间夹入栅电极G和安装底板110的构造，因此可以得到高机械强度。而且，由于按压环17以及金属衬垫51进行作用，使得环形栅电极G的整个圆周的栅电极电位均匀，因此平面封装内部的电力半导体晶片的栅电极也在整个圆周上更为均匀的被进行反偏置，提高了断流能力。
还有，前置驱动电路16如图4a所示，具有电容器，MOSFET等晶体管Tr，信号处理用IC和缓冲器IC，电阻R等电子元件。如上所述，该前置驱动电路16设置在反偏置驱动电路20的附近，其结果，反偏置开关3的栅电极电路的环路阻抗降低，能够稳定反偏置开关3的栅电极电压，即使在前置驱动电路16和反偏置开关3之间加入噪声，也能够防止反偏置开关的误动作。实施形态2
图6是示出本发明实施形态2的电力半导体开关装置构造的平面图，图中，20a，20b是相互分离的分别配置在安装底板110上的两个区域中的第1以及第2反偏置驱动电路，16a，16b是分别对应于第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的第1以及第2前置驱动电路，61a，61b是用于把分别设置在安装底板110上的第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b电连接到电缆62上的一对连接件，63a，63b是把正偏置驱动电路24，反偏置电源电路25，缓冲电路33等和电缆62相互连接的一对连接件，200是安装了正偏置驱动电路24，反偏置电源电路25，缓冲电路33等的另一个底板，与安装底板110相互分离。
如图2所示那样，安装了GTO元件11并且配置了第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的本实施形态2的安装底板110取长方形的形状，其短边的长度和用于把GTO元件11固定在安装底板110上的按压环17的外径几乎相等，其长边的长度大于按压环17的外径，第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b沿其长方形的安装底板110的长度方向排列并且分别配置在由GTO元件11所分割的安装底板110上的两个区域中。由此，和实施形态1的在GTO元件11的周围整体上配置反偏置驱动电路的结构相比使得安装底板110的宽度变窄。从而，在把具有这样的结构并且分别安装了GTO元件11的多个安装底板110重叠的时候，能够使通过相互固定用螺栓和相互固定用皮带的空间变窄。进而，由于能够使得通过相互固定用螺栓和相互固定用皮带的空间变窄，因此能够易于得到重叠的机械强度，而且能够小型化。
另外，由于正偏置驱动电路24安装在和安装了第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的安装底板110不同的相互分离的底板200上，所以正偏置驱动电路24难以受到来自高-dIg/dt而且大电流的反偏置电流的干扰(噪声)。另外，通过离开安装空间受限的GTO元件11，提高了安装上的自由度。
另外，分别驱动被2分割而配置的第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的反偏置开关3的第1以及第2前置驱动电路16a，16b由于也对应反偏置驱动电路20a，20b的每一个而安装在安装底板110上，因而降低了对于第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的每一个的反偏置开关3的栅电极电路的环路阻抗。因此，能够使反偏置开关3的栅电极电压稳定，即使在前置驱动电路和由前置驱动电路驱动的反偏置开关3之间加入噪声也能够防止反偏置开关3的误动作。
另外，第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的反偏置电源电路25由于安装在和安装了第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b的安装底板110不同的相互分离的底板200上，因此通过离开安装空间受限的GTO元件11，将提高安装上的自由度。另外，由于正偏置驱动电路24也安装在和安装底板110不同的相互分离的底板200上，因此也将提高安装上的自由度。
图7a以及7b是示出图6所示的实施形态2的电力半导体开关装置的详细构造的平面图以及侧面图，图8a以及8b是示出图6所示的电力半导体开关装置的底板200以及收容底板200的框架100的详细构造的平面图以及侧面图。在这些图中，和图6相同或者相当的部分标注相同的符号并且省略说明。在图8a以及图8b中，71是用于固定收容安装了正偏置驱动电路24和反偏置电源电路25的底板200的框架100的安装脚，72是形成在安装脚71上的孔，利用该孔72用螺钉把框架100固定在所希望的位置。另外，在图7b中，虽然能够看到按压环17以及金属衬垫51的总体，但实际上它们被第1以及第2反偏置驱动电路20a，20b部分地遮挡。
图9a是示出实施形态2的电力半导体开关装置中的GTO元件11向安装底板110上进行安装的并且把一部分断开的侧面图，另外，图9b是图9a所示的GTO元件11的剖面图。和图5a以及5b相同或者相当的部份标注相同的符号并且省略说明，代替图5a以及5b所示良导电性金属板120，图中具有被用螺钉55固定在金属衬垫52上的良导电性金属板130。该良导电性金属板130和实施形态1的良导电性金属板120一样，压接在GTO元件11的第2主电极的底面上。另外，该良导电性金属板130和实施形态1的良导电性金属板120不同，不被连接到图8a以及8b所示的框架100上。
在以上所构成的实施形态2的电力半导体开关装置中，经过连接件61b，连接件63b，以及连接了这些连接件之间的电缆62，把安装底板110和底板200进行电连接，底板200能够离开安装底板110在应用装置中自由地安装。由此，在把分别安装了GTO元件11的各个底板110重叠的时候，在配置安装了减震器，接线板，电压接线板，冷却机构以及良导电性金属板，良导电性金属条，还有基于总线的布线的情况下，能够符合各个配置的最佳条件，配置上的制约条件，配置的优先顺序的最佳配置，提高进行安装时的自由度。
还有，如图7a，7b，9a以及9b所示，这是把安装了反偏置驱动电路20a，20b以及前置驱动电路16a，16b的安装底板110和环形栅电极G夹入到按压环17和良导电性金属板130之间的结构。从而，能够以高机械强度进行安装底板110的安装。而且，由于按压环17以及金属衬垫51起到使环形栅电极G周围的栅电极电位均匀化的作用，所以环形栅电极G在圆周方向上被均匀地反偏置，将提高断流能力。
权利要求
1.一种电力半导体开关装置，特征在于具备具有把收容在平面封装中的如果导通则流过主电流的第1以及第2平面主电极，从上述平面封装向外侧突出并且和上述第2平面主电极构成一对，控制上述第1以及第2平面主电极之间的导电的环形控制电极的半导体开关装置；在上述控制电极和上述第2主电极之间加入正偏置的正偏置驱动装置；具有配置在上述电力半导体开关装置的上述控制电极的周围，存储从反偏置电源装置供给的用于在上述控制电极和第2主电极之间加入反偏置的电能的蓄能装置，以及和上述蓄能装置串联连接在一起，一旦电路导通就把上述蓄能装置存储的电能加入到上述控制电极和第2主电极之间的开关装置的反偏置驱动装置；具有安装上述反偏置驱动装置的安装底板，上述安装底板具有贯通上述电力半导体开关装置的上述第2主电极的贯通孔，由此，上述平面封装靠近上述贯通孔设置，而且上述贯通孔的周边部分地包围住上述平面封装，另外，上述安装底板还具有和上述电力半导体开关装置的上述控制电极电连接的接触部分。
2.权利要求1记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有压接上述第2主电极一个平面的良导电性金属板和良导电性按压环，在上述良导电性金属板以及上述良导电性按压环之间，夹入上述控制电极以及上述安装底板。
3.权利要求1或权利要求2记述的半导体开关装置，特征在于上述正偏置驱动装置与上述反偏置驱动装置安装成相互离开。
4.权利要求3记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有和安装了上述反偏置驱动装置的上述安装底板相分离，安装了上述正偏置驱动装置的另一个底板。
5.权利要求4记述的半导体开关装置，特征在于上述反偏置电源装置安装在上述另一个底板上。
6.权利要求1至权利要求5中的任一项记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有在上述安装底板上的上述反偏置驱动装置附近设置的，驱动上述反偏置驱动装置的上述开关装置的前置驱动装置。
7.权利要求1记述的电力半导体开关装置，特征在于上述贯通孔把安装了上述反偏置驱动装置的上述安装底板的表面分割成两个区域，上述反偏置驱动装置具有被分别分割配置在把上述贯通孔夹在中间而相对的上述两个区域中的第1以及第2反偏置驱动电路。
8.权利要求7记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有压接上述第2主电极一个平面的良导电性金属板和良导电性按压环，在上述良导电性金属板以及上述良导电性按压环之间夹入上述控制电极以及上述安装底板。
9.权利要求7或权利要求8记述的电力半导体开关装置，特征在于上述正偏置驱动装置与上述反偏置驱动装置安装成相互离开。
10.权利要求9记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有和安装了上述反偏置驱动装置的上述安装底板相分离，安装了上述正偏置驱动装置的另一个底板。
11.权利要求10记述的半导体开关装置，特征在于上述反偏置电源装置安装在上述另一个底板上。
12.权利要求7至权利要求11的任一项记述的电力半导体开关装置，特征在于还具有分别安装在设置于上述安装底板的上述两个区域的各个区中的上述第1以及第2反偏置驱动电路附近并分别驱动上述第1以及第2反偏置驱动电路的对应开关装置的第1以及第2前置驱动装置。
全文摘要
由于反偏置驱动电路的部件被配置在高温的电力半导体晶片的封装中,所以增加了反偏置开关的压降同时其导电能力也降低。为解决这一问题,本发明的电力半导体开关装置具有安装了反偏置驱动电路20的安装底板110,安装底板110具有贯通GTO元件11的2个主电极的一方的贯通孔,由此,平面封装靠近贯通孔设置而且贯通孔的周边部分地包围住平面封装,另外,安装底板110还具有和GTO元件11的控制电极电连接的接触部分。
文档编号H03K17/00GK1202735SQ9810557
公开日1998年12月23日 申请日期1998年3月13日 优先权日1997年6月18日
发明者赤松昌彦, 沟畑文雄, 别所三树生 申请人:三菱电机株式会社