(57)【要約】  課題は、絶縁材に蓄積された電荷量の評価を高精度に行うことである。評価システム（１０）は、絶縁材の試料（１００）を間に挟む第１電極（２１）及び第２電極（２２）を有する保持部（２０）と、保持部（２０）を収容するチャンバ（３０）と、電流積分計（４０）と、を備える。電流積分計（４０）は、保持部（２０）の第１電極（２１）と第２電極（２２）との間に直流電圧を印加する電源装置（５０）と第１電極（２１）との間に介在される。電流積分計（４０）と第１電極（２１）との間の配線（６１）は、少なくとも一部が被覆されていない導体（６１１）を含む。
2019124357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材の試料を間に挟む第１電極及び第２電極を有する保持部と、
前記保持部を内部に収容する筐体を有し、前記筐体の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するチャンバと、
前記保持部の前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加する電源装置と前記第１電極との間に介在される電流積分計と、
を備え、
前記電流積分計と前記第１電極との間の配線は、少なくとも一部が被覆されていない導体を含む、
評価システム。
【請求項２】
前記配線は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記直流電圧が印加された際に、前記導体に蓄積される電荷の量が前記試料に蓄積される電荷の量の１０分の１以下となるように構成される、
請求項１の評価システム。
【請求項３】
前記導体は、前記導体の全体が被覆されていない、
請求項１又は２の評価システム。
【請求項４】
前記電流積分計は、前記筐体の外部に配置され、
前記チャンバは、前記筐体の内部と外部を繋ぐ挿通孔を有し、
前記導体は、前記挿通孔の内面と接触しないように前記挿通孔を通る、
請求項１〜３のいずれか一つの評価システム。
【請求項５】
前記導体は、金属製のロッドである、
請求項１〜４のいずれか一つの評価システム。
【請求項６】
絶縁材の試料を間に挟む第１電極及び第２電極を有する保持部と、
前記保持部を内部に収容する筐体を有し、前記筐体の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するチャンバと、
前記保持部の前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加する電源装置と前記第１電極との間に介在される電流積分計と、
を備え、
前記電流積分計と前記第１電極との間の配線は、少なくとも一部が絶縁被覆で被覆された導体を含み、
前記絶縁被覆の材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む、
評価システム。
【請求項７】
前記所定の温度範囲の上限値は８５℃以上である、
請求項１〜６のいずれか一つの評価システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つの評価システムの前記電流積分計の測定値に基づいて、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する、
評価方法。
【請求項９】
前記電流積分計の測定値から求めた前記試料の所定温度下の比誘電率に基づいて、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する、
請求項８の評価方法。
【請求項１０】
前記電流積分計の測定値をＱ、前記保持部の前記試料との接触面積をＳ、前記試料の厚みをｄ、前記直流電圧の値をＶ、真空の誘電率をε０、前記試料の所定温度下の比誘電率をεｒとすると、
εｒを、Ｑ＝（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）×Ｖの関係式に基づいて求める、
請求項９の評価方法。
【請求項１１】
前記試料の、所定温度下の比誘電率に対する前記所定温度より低い規定温度下の比誘電率の比が、所定値未満である場合に、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価する、
請求項９又は１０の評価方法。
【請求項１２】
複数の絶縁材から、請求項８〜１１のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材を選別する、
選別方法。
【請求項１３】
複数の絶縁材の試料を用意するステップと、
前記複数の絶縁材の試料から、請求項８〜１１のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材の試料を選別するステップと、
選別された絶縁材の試料に対応する絶縁材を製造するステップと、
を含む、
製造方法。
【請求項１４】
請求項８〜１１のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材。
【請求項１５】
請求項１４の絶縁材により形成されたパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、評価システム、評価方法、選別方法、製造方法、絶縁材、及び、パッケージに関する。本開示は、特に、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能を評価するための評価システム及び評価方法、絶縁材の選別方法及び製造方法、パワーデバイス用の絶縁材及びパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、耐電圧試験器を開示する。耐電圧試験器は、電圧を可変する単巻変圧器、昇圧および絶縁するトランス、電源を入り切りするコンタクター、トランスの出力を開閉するスイッチおよび被試験物へ流れる電流を検出する電流変成器、電流検出器で構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７３４７５号公報
【０００４】
特許文献１の耐電圧試験器（評価システム）では、被試験物（絶縁材の試料）の温度条件を設定することは考慮されていなかった。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の課題は、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行うことである。
【０００６】
本開示の一態様の評価システムは、絶縁材の試料を間に挟む第１電極及び第２電極を有する保持部と、前記保持部を内部に収容する筐体を有し、前記筐体の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するチャンバと、電流積分計と、を備える。前記電流積分計は、前記保持部の前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加する電源装置と前記第１電極との間に介在される。前記電流積分計と前記第１電極との間の配線は、少なくとも一部が被覆されていない導体を含む。
【０００７】
本開示の一態様の評価システムは、保持部と、チャンバと、電流積分計と、を備える。前記保持部は、絶縁材の試料を間に挟む第１電極及び第２電極を有する。前記チャンバは、前記保持部を収容する筐体を有し、前記筐体の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するように構成されている。前記電流積分計は、前記保持部の前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加する電源装置と前記第１電極との間に介在される。前記電流積分計と前記第１電極との間の配線は、少なくとも一部が絶縁被覆で被覆された導体を含む。前記絶縁被覆の材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。
【０００８】
本開示の一態様の評価方法は、前記評価システムの前記電流積分計の測定値に基づいて、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。
【０００９】
本開示の一態様の選別方法は、複数の絶縁材から、前記評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材を選別する。
【００１０】
本開示の一態様の製造方法は、複数の絶縁材の試料を用意するステップを含む。また、前記製造方法は、前記複数の絶縁材の試料から前記評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材の試料を選別するステップを含む。更に、前記製造方法は、選別された絶縁材の試料に対応する絶縁材を製造するステップを含む。
【００１１】
本開示の一態様の絶縁材は、前記評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材である。
【００１２】
本開示の一態様のパッケージは、前記絶縁材で形成されたパッケージである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一実施形態の評価システムの概略図である。
【図２】図２は、同上の評価システムにおける保持部の斜視図である。
【図３】図３は、同上の評価システムにおけるチャンバの筐体の斜視図である。
【図４】図４は、同上の評価システムにおける電流積分計の測定値の時間変化を示すグラフである。
【図５】図５は、同上の評価システムにおける電源装置の出力電圧と電流積分計の測定値との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、高温逆バイアス試験の結果と同上の評価システムによる評価（２５℃）の結果との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、高温逆バイアス試験の結果と同上の評価システムによる評価（１５０℃）の結果との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、高温逆バイアス試験の結果と同上の評価システムによる評価（比誘電率の比）の結果との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、変形例の評価システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．実施形態
１．１  概要
図１は、一実施形態の評価システム１０を示す。評価システム１０は、保持部２０と、チャンバ３０と、電流積分計４０と、を備える。保持部２０は、絶縁材の試料１００を間に挟む第１及び第２電極２１，２２を有する。チャンバ３０は、保持部２０を内部に収容する筐体３１を有し、筐体３１の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するように構成される。電流積分計４０は、保持部２０の第１及び第２電極２１，２２間に直流電圧を印加する電源装置５０と第１電極２１との間に介在される。電流積分計４０と第１電極２１との間の配線（第１配線）６１は、少なくとも一部が被覆されていない導体６１１を含む。
【００１５】
電流積分計４０は、電流積分計４０から試料１００に流れる電流を積算することで、電荷の量を測定値として出力する。そのため、第１配線６１で電荷の蓄積が起きると、電流積分計４０の計測値には、第１配線６１に蓄積された電荷量が含まれ、実際に試料１００に蓄積される電荷の量に対して誤差が生じ得る。上述したように、評価システム１０では、電流積分計４０と第１電極２１との間の配線（第１配線）６１は、少なくとも一部が被覆されていない導体６１１を含む。そのため、電流積分計４０と第１電極２１との間の配線（第１配線）６１が被覆電線で構成されている場合に比べて、第１配線６１での電荷の蓄積の影響（例えば、第１配線６１と周囲の器物との間に生じる浮遊容量の影響）が低減される。これによって、試料１００に蓄積される電荷の量の計測の精度が向上する。試料１００に蓄積される電荷の量の計測の精度が向上すれば、絶縁材（試料１００）の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行えるようになる。
【００１６】
１．２  構成
以下、評価システム１０について更に詳細に説明する。評価システム１０は、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能を評価するためのシステムである。本実施形態では、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。この評価にあたっては、絶縁材の所定温度下の誘電率を利用する。そして、絶縁材の所定温度下の誘電率を求めるために、絶縁材の試料１００を使用して、所定温度下で試料１００に蓄積される電荷の量を計測する。
【００１７】
評価システム１０で使用される試料１００は、評価対象の絶縁材に対応する。絶縁材は、形状が定まっていない絶縁材料、又は、形状が定まった絶縁部品である。絶縁材の例としては、基板（積層板）、プリプレグ、及び封止材（特に高電圧用の封止材）等の電子材料用の絶縁材が挙げられる。絶縁材は、例えば、パワーデバイス（パワー半導体装置）に使用される。パワーデバイスの例としては、エアーコンディショナ、自動車、太陽光発電装置、及びパワーコンディショナに用いられるインバータ用の半導体装置が挙げられる。このような半導体装置の一例としては、シリコンチップを封止したパッケージがある。この場合、パッケージは、絶縁材により形成される。例えば、絶縁材が絶縁材料である場合、試料１００は、絶縁材料により形成された、厚みが一様な円盤（図２参照）である。試料１００の厚み方向の第１面１０１及び第２面１０２はいずれも平面である。なお、絶縁材が絶縁部品である場合、試料１００は絶縁部品そのものであってもよい。
【００１８】
評価システム１０は、図１に示すように、保持部２０と、チャンバ３０と、電流積分計４０と、電源装置５０と、第１〜第４配線６１〜６４と、評価装置７０と、を備えている。
【００１９】
保持部２０は、試料１００を保持する。保持部２０は、図２に示すように、第１電極２１と、第２電極２２と、ガード電極２３と、を備えている。
【００２０】
第１電極２１は、円盤状である。第１電極２１の材料は金属（一例としては、ステンレス鋼）である。第１電極２１は、試料１００の第１面１０１に配置される。第１電極２１において試料１００と接触される面２１０は平面である。これは、第１電極２１と試料１００との間に隙間が生じずに密接に第１電極２１を試料１００の第１面１０１に接触させるためである。第２電極２２は、円盤状である。第２電極２２の材料は金属（一例としては、ステンレス鋼）である。第２電極２２は、試料１００の第２面１０２に配置される。第２電極２２において試料１００と接触される面２２０は平面である。これは、第２電極２２と試料１００との間に隙間が生じずに密接に第２電極２２を試料１００の第２面１０２に接触させるためである。図２に示すように、第１電極２１の直径は、第２電極２２の直径より小さい。第１電極２１及び第２電極２２は、第１電極２１と第２電極２２とが対向する方向に直交する面内において、第１電極２１の全体が第２電極２２の内側に位置するように配置される。
【００２１】
第１電極２１及び第２電極２２の間に電源装置５０から直流電源を印加した場合には、沿面放電（図１において矢印で示す電流の流れ）が生じる場合がある。ガード電極２３は、このような沿面放電を抑制するために用いられる。ガード電極２３は、円筒状である。ガード電極２３の内径は、第１電極２１の直径より大きい。また、ガード電極２３の材料は金属（一例としては、ステンレス鋼）である。ガード電極２３は、ガード電極２３の内側に第１電極２１が位置するように、試料１００の第１面１０１に配置される。
【００２２】
チャンバ３０は、保持部２０を内部に収容する筐体３１を有し、筐体３１の内部の温度を所定の温度範囲に維持するように構成されている。より詳細には、チャンバ３０は、図１に示すように、筐体３１と、温度コントローラ３２と、を備える。筐体３１は、保持部２０を試料１００とともに内部に収容可能である。筐体３１は、温度を維持するために断熱性を有している。温度コントローラ３２は、筐体３１の内部の温度を所定の温度範囲内の温度に設定するための装置である。ここで、所定の温度範囲の上限値は低くとも８５℃以上であり、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上である。一方、所定の温度範囲の下限値は特に限定されない。つまり、チャンバ３０は所定の温度以上での測定が可能であればよいから、下限値は特に限定されない。温度コントローラ３２は、例えば、筐体３１の内部の温度を調整するためのヒータ、及び、筐体３１の内部の温度を計測する温度センサを有する。温度コントローラ３２は、温度センサの計測値が所定温度と一致するように、ヒータへの通電量を調整する。温度コントローラ３２は、特に限定されず、従来周知の構成を採用できる。
【００２３】
また、チャンバ３０は、図３に示すように、保持部２０を支持するステージ３３を有している。ステージ３３は、筐体３１の内部に配置されており、グラウンドに接続される。また、チャンバ３０は、筐体３１の内部と外部を繋ぐ挿通孔３４を有する。挿通孔３４は、保持部２０の第１電極２１に電流積分計４０を介して電源装置５０を接続するために用いられる。
【００２４】
電流積分計４０は、試料１００に蓄積された電荷の量を測定するための装置である。電流積分計４０は、図１に示すように、第１端子４１と、第２端子４２と、計測用のコンデンサ４３と、保護用の抵抗４４と、測定器４５と、を備える。コンデンサ４３は、第１端子４１と第２端子４２との間に電気的に接続されている。抵抗４４は、第１端子４１とコンデンサ４３との間に電気的に接続されている。測定器４５は、コンデンサ４３の両端間の電圧を計測する。コンデンサ４３の静電容量が既知であれば、コンデンサ４３の両端間の電圧からコンデンサ４３に蓄積された電荷を求めることができる。
【００２５】
電源装置５０は、保持部２０の第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧を印加するために用いられる。電源装置５０は、第１出力端子５１と、第２出力端子５２と、直流電源５３と、を備えている。直流電源５３の出力電圧は、所定範囲内で変更可能である。例えば、直流電源５３は、絶縁材の耐電圧試験に適した比較的高い電圧（例えば、５０ｋＶ）まで出力可能に構成されている。直流電源５３は、第１出力端子５１と第２出力端子５２との間に電気的に接続されている。より詳細には、直流電源５３の正極が第１出力端子５１に接続され、直流電源５３の負極が第２出力端子５２に接続されている。したがって、電源装置５０は、第１電極２１が第２電極２２よりも高電位となるように、第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧を印加する。
【００２６】
第１配線６１は、電流積分計４０の第１端子４１と保持部２０の第１電極２１とを電気的に接続する配線である。第１配線６１は、図１に示すように、第１導体６１１と、第２導体６１２とを含む。第１導体６１１は、金属製（例えば、ステンレス鋼）のロッドである。第１導体６１１には、絶縁被覆がされていない。第２導体６１２は、絶縁被覆がされていない電線（いわゆる裸電線）である。第２導体６１２は、例えば、銅の裸電線である。本実施形態では、取り扱い性を考慮して、第２導体６１２として、ループ状の裸電線を用いている。第１導体６１１の第１端は電流積分計４０の第１端子４１に接続され、第１導体６１１の第２端はチャンバ３０の挿通孔３４を通してチャンバ３０内（筐体３１の内部）に挿入される。第１導体６１１の第２端は、チャンバ３０内において、第２導体６１２を介して第１電極２１に接続されている。
【００２７】
第２配線６２は、保持部２０の第２電極２２と電源装置５０の第２出力端子５２とを電気的に接続する配線である。第３配線６３は、電源装置５０の第１出力端子５１と電流積分計４０の第２端子４２とを電気的に接続する配線である。第４配線６４は、電流積分計４０の第２端子４２と保持部２０のガード電極２３とを電気的に接続する配線である。第２配線６２、第３配線６３、及び第４配線６４は、いずれも、被覆電線であってよい。
【００２８】
評価システム１０の保持部２０では、図１及び図２に示すように、第１電極２１及び第２電極２２が試料１００を試料１００の厚み方向で挟むようにして配置される。第１電極２１及び第２電極２２は導体であり、試料１００は誘電体であるから、第１電極２１、第２電極２２、及び試料１００はコンデンサを構成している。そして、電流積分計４０は、電源装置５０と保持部２０の第１電極２１との間に介在されている。これによって、電流積分計４０のコンデンサ４３は、第１電極２１、第２電極２２、及び試料１００で構成されるコンデンサと直列に接続されている。したがって、コンデンサ４３に蓄積される電荷の量は、第１電極２１、第２電極２２、及び試料１００で構成されるコンデンサに蓄積される電荷の量とは等しい。したがって、電流積分計４０の測定値から、所定温度下で試料１００に蓄積される電荷の量を得ることができる。
【００２９】
ここで、電流積分計４０と保持部２０の第１電極２１とを接続する第１配線６１は、いずれも絶縁被覆がされていない第１導体６１１及び第２導体６１２により構成されている。そのため、第１配線６１で蓄積される電荷の量が実質的に０になることが期待できる。したがって、第１配線６１は周知の被覆電線である場合に比べて、第１配線６１での電荷の蓄積が電流積分計４０の測定値に与える影響を低減できる。
【００３０】
評価システム１０において、保持部２０と、チャンバ３０と、電流積分計４０と、電源装置５０と、第１〜第４配線６１〜６４とは、所定温度下で試料１００に蓄積される電荷の量を計測する計測システムを構成する。
【００３１】
評価装置７０は、例えば、１以上のコンピュータシステムにより実現され得る。１以上のコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）、１以上のメモリ、１以上のヒューマンインタフェース、及び１以上の通信インタフェースを有する。本実施形態では、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラムを実行することで、１以上のコンピュータシステムが評価装置７０として機能する。１以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
【００３２】
評価装置７０は、温度コントローラ３２により筐体３１の内部の温度を所定温度に設定する機能、電源装置５０の出力電圧を所定値に設定する機能、及び、電流積分計４０から計測値のデータ（時系列データ）を取得する機能を有する。
【００３３】
また、評価装置７０は、計測システムの電流積分計４０の計測値に基づいて、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価するように構成される。特に、評価装置７０は、電流積分計４０の測定値から求めた試料１００の所定温度下の比誘電率に基づいて、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価するように構成される。つまり、評価装置７０は、電流積分計４０の測定値から試料１００の所定温度下の比誘電率を求める。絶縁材の試料１００の所定温度下の比誘電率をεｒとすると、εｒは、次式（１）で表される関係式に基づいて求めることができる。次式（１）では、電流積分計４０の測定値をＱ［Ｆ］、保持部２０の試料１００との接触面積をＳ［ｍ２］としている。また、試料１００の厚みをｄ［ｍ］、第１電極２１と第２電極２２との間に印加される直流電圧の値をＶ［Ｖ］としている。更に、真空の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］としている。
【００３４】
【数１】
2019124357.tif 000003
【００３５】
本実施形態では、第１電極２１の直径が第２電極２２より小さいため、接触面積Ｓは、第１電極２１と試料１００の第１面１０１との接触部分の面積で与えられる。図２に示すように、第１電極２１の面２１０の全体が試料１００の第１面１０１に接触するから、接触面積Ｓは、第１電極２１の面２１０の面積に等しい。例えば、試料１００の直径は、第１電極２１の直径の２倍以上あるほうが、沿面放電の影響を低減し易いから、好ましい。
【００３６】
電流積分計４０の測定値Ｑは、第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧を印加している時間に応じて変化し得る。図４は、測定値Ｑの時間変化の例を示す。図４のＧ１１及びＧ１２は異なる絶縁材の試料１００のグラフである。図４におけるｔ０は、電源装置５０の出力電圧の値が設定値に達した時点を示す。グラフＧ１１，Ｇ１２において、時点ｔ０以降は、測定値Ｑが増加しているが、この増加の原因の一つは、絶縁材の体積固有抵抗に起因する漏洩電流である。第１電極２１、第２電極２２、及び試料１００をコンデンサとして考えてよいのは、瞬時充電電流によって電荷が蓄積される時点ｔ０までであるといえる。したがって、比誘電率εｒを求めるにあたっては、測定値Ｑとして、電源装置５０の出力電圧が設定値に達した時（時点ｔ０）の電流積分計４０の測定値Ｑ０を用いることが好ましい。
【００３７】
本実施形態では、電源装置５０と第１電極２１との間に電流積分計４０のコンデンサ４３及び抵抗４４が存在している。そのため、第１電極２１と第２電極２２との間に印加される直流電圧の値Ｖは、電源装置５０の出力電圧の値と必ずしも一致しない。そこで、所定温度下の比誘電率εｒを求めるにあたっては、所定温度に対して少なくとも２以上の電源装置５０の出力電圧の値について、電流積分計４０の測定値Ｑ０を得る。一例としては、電源装置５０の出力電圧の値を１０００Ｖ〜５０００Ｖの範囲で、１０００Ｖずつ変化させて、出力電圧の値毎に測定値Ｑ０を得る。電源装置５０の出力電圧の値をＶ０とすれば、次式（２）で表される関係が成り立つ。なお、次式（２）において、ｋは定数である。
【００３８】
【数２】
2019124357.tif 000004
【００３９】
したがって、電源装置５０の出力電圧の値Ｖ０に対する電流積分計４０の測定値Ｑ０をプロットし、その傾き（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）を求めることにより、εｒを求めることができる。例えば、図５は、異なる絶縁材の試料１００についての電源装置５０の出力電圧の値Ｖ０に対する電流積分計４０の測定値Ｑ０のグラフＧ２１，Ｇ２２を示す。なお、傾き（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）は、従来周知の近似手法（例えば、最小二乗法）により求めればよい。
【００４０】
評価装置７０は、試料１００の所定温度下の比誘電率εｒに基づいて絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価するように構成される。ここで、基準、及び基準を満たす比誘電率εｒの条件は、絶縁材の用途等に応じて適宜決定される。基準の例としては、パワーデバイスにおける絶縁材の使用に関する基準が挙げられる。本実施形態では、評価装置７０は、試料１００の所定温度下の比誘電率εｒが予め設定された規定値未満であれば、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価する。言い換えれば、評価装置７０は、試料１００の所定温度下の比誘電率εｒが予め設定された規定値未満であれば、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が良好であると評価する。規定値は、耐電圧性能の基準に対応する数値であって、一例としては、７である。図５のグラフＧ２０は、比誘電率εｒが７の場合に対応する。そのため、図５のグラフＧ２１に対応する比誘電率εｒを有する絶縁材は、所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価される。一方で、図５のグラフＧ２２に対応する比誘電率εｒを有する絶縁材は、所定温度下の耐電圧性能が基準を満たさないと評価される。規定値は、７に限定されず、絶縁材の用途（例えば、絶縁材が使用されるパワーデバイスの種類）に応じて適切に設定され得る。
【００４１】
１．３  評価方法
以上述べた本実施形態の評価システム１０は、電流積分計４０の測定値に基づいて、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する評価方法を実行する。上述したように、電流積分計４０と保持部２０の第１電極２１とを接続する第１配線６１は、いずれも絶縁被覆がされていない第１導体６１１及び第２導体６１２により構成されている。したがって、第１配線６１は周知の被覆電線である場合に比べて、第１配線６１での電荷の蓄積が電流積分計４０の測定値に与える影響を低減できる。その結果、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００４２】
特に、評価方法では、電流積分計４０の測定値から求めた試料１００の所定温度下の比誘電率に基づいて、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。ここで、比誘電率εｒは、Ｑ＝（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）×Ｖの関係式に基づいて求めている。ここで、Ｑは、電流積分計４０の測定値であり、Ｓは、保持部２０の試料１００との接触面積であり、ｄは、試料１００の厚みである。また、Ｖは、第１電極２１と第２電極２２との間に印加される直流電圧の値であり、ε０は、真空の誘電率である。
【００４３】
より詳細には、比誘電率εｒを、電源装置５０の出力電圧の値Ｖ０に対する電流積分計４０の測定値Ｑ０のグラフを、Ｑ０＝（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）×Ｖ０＋ｋの式で近似した際の傾きから導出する。ここで、Ｖ０は、電源装置５０の出力電圧の値であり、Ｑ０は、電源装置５０の出力電圧の値Ｖ０が設定値に達した時（時点ｔ０）の電流積分計４０の測定値である。これにより、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００４４】
ところで、パワーデバイスの信頼性試験の一つに、高温逆バイアス試験（HighTemperature Reverse Bias：ＨＴＲＢ）がある。高温逆バイアス試験は、１５０℃の高温環境下で比較的高い直流電圧をパワーデバイスに印加し、パワーデバイスの耐電圧劣化を評価する試験である。本実施形態の評価方法では、絶縁材の試料１００に所定温度下で蓄積される電荷の量により、絶縁材の所定温度下での比誘電率εｒを評価している。評価システム１０では、所定温度としては、１５０℃のような高温を選択可能である。また、評価システム１０では、高温逆バイアス試験と同様に、直流電圧の印加を行うから、高温逆バイアス試験に比較的類似した条件での絶縁材の評価が可能である。したがって、評価システム１０による絶縁材の評価は、絶縁材が高温逆バイアス試験に対応できるかどうかの指標として利用できる。高温逆バイアス試験では通常１０００時間といった長時間を費やす必要があるが、本実施形態の評価方法によれば、高温逆バイアス試験よりも短い時間で、絶縁材の評価が可能である。
【００４５】
表１は、絶縁材のサンプルＡ〜Ｈについて、高温逆バイアス試験と、本実施形態の評価方法による評価とを行った結果を示す。高温逆バイアス試験においては、サンプルＡ〜Ｈを用いて作製した、いわゆる「ＴＯ−３Ｐ」の構造を持つデバイスについて、ＨＴＲＢ耐性域（ＨＴＲＢ耐性領域）を「１」、「２」、「３」で評価した。ここで、「１」は、デバイスが２４時間の試験に不合格であったことを示す。「２」は、デバイスが７２時間の試験に不合格であったことを示す。「３」は、デバイスが１０００時間の試験に合格したことを示す。高温逆バイアス試験の条件としては、ＪＥＩＴＡ  ＥＤ−４７０１／１００Ａに規定される「半導体デバイスの環境及び耐久性試験方法（寿命試験Ｉ）」を用いた。一方、評価方法による評価においては、サンプルＡ〜Ｈを用いて作製した、試料１００と同様の試料を用いて、所定温度下（ここでは１５０℃）の比誘電率εｒ（１５０）と、所定温度より低い規定温度下（ここでは２５℃）の比誘電率εｒ（２５）とを評価した。更に、試料１００の、所定温度下の比誘電率に対する規定温度下の比誘電率の比ｒ（＝εｒ（１５０）／εｒ（２５）を評価した。また、評価システム１０による試験の時間は１０分とした。
【００４６】
【表１】
2019124357.tif 000005
【００４７】
図６は、高温逆バイアス試験の結果（ＨＴＲＢ耐性域）と評価システムによる評価（εｒ（２５））の結果との関係を示すグラフである。図７は、高温逆バイアス試験の結果（ＨＴＲＢ耐性域）と評価システムによる評価（εｒ（１５０））の結果との関係を示すグラフである。図８は、高温逆バイアス試験の結果（ＨＴＲＢ耐性域）と評価システムによる評価（ｒ＝εｒ（１５０）／εｒ（２５））の結果との関係を示すグラフである。図６〜図８において、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈをそれぞれ「■」、「●」、「〇」、「▲」、「×」、「□」、「△」、「◆」で表している。図６及び図７から明らかなように、２５℃の比誘電率εｒ（２５）では、サンプルＡ〜Ｅにおいて大きな差はないが、１５０℃の比誘電率εｒ（１５０）では、比誘電率が小さいサンプルほど、ＨＴＲＢ耐性域での評価が高くなっている。更に、図８から明らかなように、比ｒが１に近いサンプルほど、ＨＴＲＢ耐性域での評価が高くなっている。つまり、比ｒが所定値未満である場合には、ＨＴＲＢ耐性域での評価が高いと考えられる。なお、表１から、所定値は、２が好ましく、１．２でより好ましいと考えられる。したがって、評価システム１０により、高温逆バイアス試験に比較的類似した条件での絶縁材の評価を行うことで、この評価を、絶縁材が高温逆バイアス試験に対応できるかどうかの指標として利用できることが確認された。
【００４８】
１．４  選別方法
次に、本実施形態の評価システム１０による評価方法を利用した選別方法について説明する。選別方法は、複数の絶縁材から、評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材を選別する方法である。つまり、上述した評価方法によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行えることから、この評価方法を利用して絶縁材の選別を行うことで、当該評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材を得ることができる。つまり、所定温度下での耐電圧性能が優れた絶縁材を得ることができる。
【００４９】
１．５  製造方法
次に、本実施形態の評価システム１０による評価方法を利用した製造方法について説明する。この製造方法は、絶縁材の製造方法であって、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップとを含む。
【００５０】
第１ステップは、複数の絶縁材の試料１００を用意するステップである。第１ステップでは、製造を計画している複数の絶縁材の試料１００を用意する。
【００５１】
第２ステップは、第１ステップで用意した複数の絶縁材の試料１００から、本実施形態の評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材の試料１００を選別するステップである。つまり、複数の絶縁材の試料１００のそれぞれについて、上記評価方法により、所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。これによって、製造を計画している複数の絶縁材から、所定温度下の耐電圧性能が基準を満たす絶縁材を選択できる。
【００５２】
第３ステップは、第２ステップで選別された絶縁材の試料１００に対応する絶縁材を製造するステップである。つまり、製造を計画している複数の絶縁材のうち、所定温度下の耐電圧性能が基準を満たす絶縁材だけを製造する。これにより、所定温度下での耐電圧性能が優れた絶縁材を得ることができる。
【００５３】
２．変形例
以上説明した上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。また、上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
【００５４】
例えば、評価装置７０は、時間経過に伴う電荷の増加比率で、絶縁材の評価をしてもよい。増加比率は、Ｑ１／Ｑ０で与えられる。Ｑ１は、電源装置５０の出力電圧が設定値に達した時点ｔ０から所定時間経過した時点での電流積分計４０の測定値である。所定時間は、例えば、６００秒である。増加比率Ｑ１／Ｑ０が１に近いほど、電荷が蓄積され難い絶縁材であると評価してよい。例えば、絶縁材の試料１００の増加比率Ｑ１／Ｑ０が１以上の所定値以下であれば、絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価してよい。
【００５５】
また、比誘電率εｒと増加比率Ｑ１／Ｑ０との２つのパラメータにより、絶縁材を評価してよい。つまり、絶縁材は、比誘電率εｒが規定値未満であり、かつ、増加比率Ｑ１／Ｑ０が所定値以下であることがより好ましい。
【００５６】
例えば、第１配線６１は、裸電線であっても良い。つまり、第１配線６１は、必ずしも第１導体６１１を含んでいなくてもよい。また、第１配線６１は、一部が露出した被覆電線であってもよい。要するに、第１配線６１は、少なくとも一部が被覆されていない導体を含んでいてよい。つまり、第１配線６１が一部被覆された導体を含んでいてもよい。ただし、この場合には、第１配線６１は、電源装置５０により第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧が印加された際に第１配線６１に蓄積される電荷の量が試料１００に蓄積される電荷の量の１０分の１以下となるように構成されることが好ましい。ここで、試料１００に蓄積される電荷の量は、実際に試料１００に蓄積される電荷の量というよりは、上述の時点ｔ０において試料１００に蓄積される電荷の想定される量である。
【００５７】
また、配線に関して、「被覆されていない導体」とは、必ずしも導体のすべてが絶縁被覆により覆われていない場合だけを意味するのではない。例えば、導体の全体が絶縁被覆で被覆されていても絶縁被覆に蓄積される電荷の量が少なく導体が絶縁被覆で被覆されていないと考えられる場合には、「被覆されていない導体」といってよい。一例として、絶縁被覆が導体の表面に接触しておらず、十分に離れている場合が挙げられる。具体的には、絶縁被覆として絶縁材製の配管を用い、配管の内部に導体をその表面が配管と接触しないように配置した場合が考えられる。このような場合、導体の表面は絶縁被覆に覆われているという解釈が可能であるが、実質的に絶縁被覆による影響がなければ、「被覆されていない導体」といってよい。
【００５８】
逆に、絶縁被覆が導体の表面に接触している場合（つまり、導体が被覆されている場合）であっても、絶縁被覆の材料となる誘電体の特性によっては、実質的には絶縁被覆による影響がない場合がある。例えば、図９に示すように、電流積分計４０と第１電極２１との間の配線６１は、少なくとも一部が絶縁被覆６１３で被覆された導体６１１を含んでいてもよい。絶縁被覆６１３の材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。一例としては、絶縁被覆６１３は、ポリテトラフルオロエチレンのみから形成されている。つまり、絶縁被覆６１３の材料によっては、導体６１１の全体が絶縁被覆６１３で覆われていてもよい。この場合には、たとえ導体６１１の全体が絶縁被覆６１３で被覆されているとしても、「被覆されていない導体」と同等であると考えられる。ここで、実質的には絶縁被覆６１３による影響がないかどうかの判断には、絶縁被覆６１３の有無によって評価システム１０による評価の結果が全く異なってしまうかどうかを一つの指針として用いることができる。
【００５９】
上記実施形態では、電源装置５０は、第１電極２１が第２電極２２よりも高電位となるように、第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧を印加する。しかしながら、電源装置５０は、第１電極２１が第２電極２２よりも低電位となるように、第１電極２１と第２電極２２との間に直流電圧を印加してもよい。
【００６０】
また、保持部２０において、第１電極２１及び第２電極２２の形状（例えば外形形状）は限定されない。ただし、第１電極２１の面２１０及び第２電極２２の面２２０は、試料１００に密接するような形状であることが好ましい。また、上記実施形態では、第１電極２１の面２１０の面積を接触面積Ｓとして用いているが、第２電極２２が第１電極２１より小さい場合には、第２電極２２の面２２０の面積が接触面積Ｓとして用いられる。また、保持部２０において、ガード電極２３は必須ではない。
【００６１】
また、チャンバ３０の構成は、実施形態の構成に限定されない。例えば、チャンバ３０は、必ずしも挿通孔３４を有している必要はなく、電流積分計４０との接続用のコネクタを有していてもよい。ただし、第１配線６１を全体が被覆されていない導体で構成しようとした場合には、挿通孔３４を設けることが望ましい。また、絶縁材の評価内容によっては、所定温度として、１７５℃や、２００℃、２５０℃等が要求される場合があるから、チャンバ３０の温度範囲の上限値は、高ければ高いほど好ましい。
【００６２】
また、電流積分計４０の構成は、実施形態の構成に限定されない。電流積分計４０には、従来周知の電流積分計を利用可能である。
【００６３】
また、電源装置５０の構成は、実施形態の構成に限定されない。電源装置５０には、従来周知の直流電源装置を利用可能である。
【００６４】
なお、評価システム１０は、少なくとも、保持部２０と、チャンバ３０と、電流積分計４０とを有し、電流積分計４０と第１電極２１との間の配線６１が少なくとも一部が被覆されていない導体６１１であればよい。つまり、評価装置７０は必須ではなく、実施形態の評価方法は、人がコンピュータ等を利用して行ってもよい。
【００６５】
３．態様
以上述べた実施形態及び変形例から明らかなように、第１の態様の評価システム（１０）は、保持部（２０）と、チャンバ（３０）と、電流積分計（４０）と、を備える。前記保持部（２０）は、絶縁材の試料（１００）を間に挟む第１電極（２１）及び第２電極（２２）を有する。前記チャンバ（３０）は、前記保持部（２０）を収容する筐体（３１）を有し、前記筐体（３１）の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するように構成されている。前記電流積分計（４０）は、前記保持部（２０）の前記第１電極（２１）と前記第２電極（２２）との間に直流電圧を印加する電源装置（５０）と前記第１電極（２１）との間に介在される。前記電流積分計（４０）と前記第１電極（２１）との間の配線（６１）は、少なくとも一部が被覆されていない導体（６１１）を含む。第１の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００６６】
第２の態様の評価システム（１０）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、前記配線（６１）は、前記第１電極（２１）と前記第２電極（２２）との間に前記直流電圧が印加された際に、前記導体（６１１）に蓄積される電荷の量が前記試料（１００）に蓄積される電荷の量の１０分の１以下となるように構成される。第２の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００６７】
第３の態様の評価システム（１０）は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、前記導体（６１１）は、前記導体（６１１）の全体が被覆されていない。第３の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００６８】
第４の態様の評価システム（１０）は、第１〜第３の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、前記電流積分計（４０）は、前記筐体（３１）の外部に配置される。前記チャンバ（３０）は、前記筐体（３１）の内部と外部を繋ぐ挿通孔（３４）を有する。前記導体（６１１）は、前記挿通孔（３４）の内面と接触しないように前記挿通孔（３４）を通る。第４の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００６９】
第５の態様の評価システム（１０）は、第１〜第４の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、前記導体（６１１）は、金属製のロッドである。第５の態様によれば、導体（６１１）が電線である場合に比べれば、導体（６１１）と周囲の物体との予期しない接触を抑制できる。
【００７０】
第６の態様の評価システム（１０）は、保持部（２０）と、チャンバ（３０）と、電流積分計（４０）と、を備える。前記保持部（２０）は、絶縁材の試料（１００）を間に挟む第１電極（２１）及び第２電極（２２）を有する。前記チャンバ（３０）は、前記保持部（２０）を収容する筐体（３１）を有し、前記筐体（３１）の内部の温度を所定の温度範囲内に維持するように構成されている。前記電流積分計（４０）は、前記保持部（２０）の前記第１電極（２１）と前記第２電極（２２）との間に直流電圧を印加する電源装置（５０）と前記第１電極（２１）との間に介在される。前記電流積分計（４０）と前記第１電極（２１）との間の配線（６１）は、少なくとも一部が絶縁被覆（６１３）で被覆された導体（６１１）を含む。前記絶縁被覆（６１３）の材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。第６の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００７１】
第７の態様の評価システム（１０）は、第１〜第６の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、前記所定の温度範囲の上限値は８５℃以上である。第７の態様によれば、絶縁材の高温下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００７２】
第８の態様の評価方法は、第１〜第７の態様のいずれか一つの評価システム（１０）の前記電流積分計（４０）の測定値に基づいて、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。第８の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００７３】
第９の態様の評価方法は、第８の態様との組み合わせにより実現され得る。第９の態様では、前記電流積分計（４０）の測定値から求めた前記試料（１００）の所定温度下の比誘電率に基づいて、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすかどうかを評価する。第９の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００７４】
第１０の態様の評価方法は、第９の態様との組み合わせにより実現され得る。第１０の態様では、前記電流積分計（４０）の測定値をＱ、前記保持部（２０）の前記試料（１００）との接触面積をＳ、前記試料（１００）の厚みをｄとする。前記直流電圧の値をＶ、真空の誘電率をε０、前記試料（１００）の所定温度下の比誘電率をεｒとする。εｒを、Ｑ＝（εｒ×ε０×Ｓ／ｄ）×Ｖの関係式に基づいて求める。第１０の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価を高精度に行える。
【００７５】
第１１の態様の評価方法は、第９又は第１０の態様との組み合わせにより実現され得る。第１１の態様では、前記試料（１００）の、所定温度下の比誘電率に対する前記所定温度より低い規定温度下の比誘電率の比が、所定値未満である場合に、前記絶縁材の所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価する。第１１の態様によれば、絶縁材の所定温度下での耐電圧性能の評価をより高精度に行える。なお、第１１の態様において、所定温度は１００℃以上であり、前記規定温度は１００℃未満であってよい。更に、前記所定温度と前記規定温度との差は１００℃以上あってよい。更に、前記規定温度は２５℃であってよい。なお、第１１の態様において、前記所定値は、２であってよい。更に、第１１の態様において、前記所定値は、１．２であってよい。
【００７６】
第１２の態様の選別方法は、複数の絶縁材から、第８〜第１１の態様のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材を選別する。第１２の態様によれば、所定温度下での耐電圧性能が優れた絶縁材を得ることができる。
【００７７】
第１３の態様の絶縁材の製造方法は、複数の絶縁材の試料（１００）を用意するステップを含む。また、前記製造方法は、前記複数の絶縁材の試料（１００）から第８〜第１１の態様のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材の試料（１００）を選別するステップを含む。また、前記製造方法は、選別された絶縁材の試料（１００）に対応する絶縁材を製造するステップを含む。第１３の態様によれば、所定温度下での耐電圧性能が優れた絶縁材を得ることができる。
【００７８】
第１４の態様の絶縁材は、第８〜第１１の態様のいずれか一つの評価方法で所定温度下の耐電圧性能が基準を満たすと評価された絶縁材である。第１４の態様によれば、所定温度下での耐電圧性能が優れた絶縁材を得ることができる。
【００７９】
第１５の態様のパッケージは、第１４の態様の絶縁材により形成されたパッケージである。第１５の態様によれば、所定温度下での耐電圧性能が優れたパッケージを得ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０  評価システム
２０  保持部
２１  第１電極
２２  第２電極
３０  チャンバ
３４  挿通孔
４０  電流積分計
５０  電源装置
６１  第１配線（配線）
６１１  第１導体（導体）
１００  試料
【図１】
2019124357.tif 000006
【図２】
2019124357.tif 000007
【図３】
2019124357.tif 000008
【図４】
2019124357.tif 000009
【図５】
2019124357.tif 000010
【図６】
2019124357.tif 000011
【図７】
2019124357.tif 000012
【図８】
2019124357.tif 000013
【図９】
2019124357.tif 000014
【国際調査報告】
2019124357.tif 000015
2019124357.tif 000016
2019124357.tif 000017
2019124357.tif 000018