(57)【要約】【課題】成膜対象面に原料粉末を溶射させる際、原料粉末を成膜対象面への付着に寄与する液相部分は、割合を減らして残し、固相部分の割合を増やすように成膜することで、高熱伝導性を確保する。【解決手段】原料粉末Ｐを分級して、成膜対象面に溶射する際、成膜対象面到達時に固相のままの大粒径粉末Ｐｂと完全溶融の小粒径粉末Ｐｓとを交互に溶射することで、小粒径粉末Ｐｓが固化する前に、大粒径粉末Ｐｂが成膜対象面に着くように溶射タイミングを制御するようにする。成膜されるセラミック膜１０は、固相状態の大粒径粉末Ｐｂを、液相状態（溶融状態）の小粒径粉末Ｐｓをバインダとして、固相部１０Ｓｐ（略５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％）と液相部１０Ｌｐ（略１０〜５０％、望ましくは２０〜３０％）として固化される。【選択図】図２
2011017078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、
溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、
前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、前記原料粉末（Ｐ）の５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項２】
前記原料粉末（Ｐ）は、大粒径の粉末（Ｐｂ）の表面に小粒径の粉末（Ｐｓ）を凝集させて原料粉末（Ｐ）としたことを特徴とする請求項１に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項３】
前記原料粉末（Ｐ）は、大粒径の粉末（Ｐｂ）と小粒径の粉末（Ｐｓ）とに分級されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項４】
前記付着成膜工程において、前記小粒径粉末（Ｐｓ）を溶射によって前記成膜対象面に液相状態で付着させ、前記小粒径粉末（Ｐｓ）が固化する前に、前記大粒径粉末（Ｐｂ）を前記成膜対象面に固相状態で付着するように、前記溶射工程における溶射タイミングを制御することを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項５】
前記溶射工程において、前記大粒径粉末（Ｐｂ）と前記小粒径粉末（Ｐｓ）とをそれぞれ別個に溶射を行い、前記付着成膜工程において前記成膜対象面の近接位置で前記大粒径粉末（Ｐｂ）は固相状態で、前記小粒径粉末（Ｐｓ）は液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項６】
前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じたプラズマ制御を行い、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面上で前記原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項７】
前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて、プラズマガン（２０Ｇ）の溶射経路上において、前記原料粉末（Ｐ）の供給位置を調整することでプラズマ制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項８】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）から分級された大粒径粉末（Ｐｂ）を、前記成膜対象面上に一層として塗布する工程と、
前記原料粉末（Ｐ）から分級された小粒径粉末（Ｐｓ）を、前記成膜対象面上に溶射して、前記塗布された大粒径粉末（Ｐｂ）の空隙を埋める溶射工程と、
を具備しており、
前記塗布工程と前記溶射工程とを繰り返し実行し、所望の膜厚の成膜を得るようにして、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項９】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）から分級された大粒径粉末（Ｐｂ）を、前記成膜対象面上に一層として塗布する工程と、
前記塗布された大粒径粉末（Ｐｂ）の表面にプラズマジェットを溶射して、前記大粒径粉末（Ｐｂ）の空隙を埋める溶射工程と、
を具備しており、
前記塗布工程と前記溶射工程とを繰り返し実行し、所望の膜厚の成膜を得るようにして、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項１０】
前記成膜対象面に超音波振動をかけながら成膜することで気孔が少ない膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項１から９記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１１】
前記原料粉末（Ｐ）には、予め熱処理して結晶子サイズを大きくするべく改質したものを用いるようにしたことを特徴とする請求項１から１０記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１２】
前記大粒径が３０μｍ〜１００μｍの粉末（Ｐｂ）であり、前記小粒径が１μｍ〜１０μｍの粉末（Ｐｓ）であることを特徴とする請求項２から１１記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１３】
前記大粒径の平均粒径が３０μｍ〜１００μｍの粉末（Ｐｂ）であり、前記小粒径の平均粒径が１μｍ〜１０μｍの粉末（Ｐｓ）であることを特徴とする請求項２から１１記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１４】
前記溶射工程において、前記大粒径粉末（Ｐｂ）と前記小粒径粉末（Ｐｓ）とをそれぞれ別個に溶射を行い、前記付着成膜工程において前記成膜対象面の近接位置で前記大粒径粉末（Ｐｂ）は主に固相状態で、前記小粒径粉末（Ｐｓ）は主に液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１５】
前記溶射工程において、前記大粒径粉末（Ｐｂ）と前記小粒径粉末（Ｐｓ）とを原料粉末の供給位置を調整することにより、前記付着成膜工程において前記成膜対象面の近接位置で前記大粒径粉末（Ｐｂ）は主に固相状態で、前記小粒径粉末（Ｐｓ）は主に液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１６】
前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて別個に溶射を行い、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面上で前記原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１７】
前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて原料粉末の供給位置を調整することにより、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面上で前記原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１８】
前記大粒径粉末として、αアルミナ、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、又は、それらの混合粉末を用いることを特徴とする請求項２から１７記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【請求項１９】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、
溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、
前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に付着して固化した溶射膜の結晶子サイズが５２ｎｍ以上であるように付着させて、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項２０】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、
溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、
前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、前記原料粉末（Ｐ）の４２％以上が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項２１】
成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、
原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、
溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、
前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、望ましくは前記原料粉末（Ｐ）の４２〜８５％が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする溶射膜の形成方法。
【請求項２２】
前記付着成膜工程で、前記成膜対象面側からではなく基板の裏面側から冷却して成膜するようにしたことを特徴とする請求項１から２１記載のうち、いずれか１つに記載の溶射膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性を確保した溶射膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体チップの両面から放熱を行う半導体装置が提案されている。
例えば特許文献１では、半導体チップの両面からの冷却効果を高めるために、半導体チップの両主面に個別に接合される一対の伝熱部材がそれぞれセラミック薄膜で被覆されているものが開示されている。かかるセラミック薄膜は、伝熱部材の外部放熱面に被着された溶射膜からなる。
かかる半導体カードモジュールによれば、一対の伝熱部材を、セラミック薄膜を介して冷却することができるので、従来に比較して格段に大電流通電が可能な半導体装置を得ることができるとしている。
【０００３】
一方、特許文献２では、金属基材の表面に、微細な金属酸化物粒子が均一に分散した被覆層を溶射により形成するに当り、Ｎｉ基、Ｃｏ基等の耐熱性合金基材の表面に、金属酸化物粒子を含む耐食・耐酸化性金属からなり、粒径が １００μｍ  以上の粗大粒子と５０μｍ  以下の微小粒子とが混合された機械的合金化粉末を溶射により被覆するとしている。
【０００４】
金属酸化物としては、Ａｌ2 Ｏ3 あるいは希土類金属酸化物が使用され、全体の５０体積％以上を粒径１μｍ  以下の微細粒子とする。また、機械的合金化粉末中の微小粒子の割合は、粗大粒子に対して重量比で０．２〜１．０倍とし、さらに、溶射被覆後、真空中等で１２００℃以下の温度で熱処理を施すことにより、耐食・耐酸化性をより向上させることができるとしている。
【０００５】
また、特許文献３では、耐摩耗性溶射層およびその成形方法が開示されている。すなわち、特許文献３では、溶融を意図する粒径小の鋼粉末と未溶融のまま分散させることを意図する粒径大の鋼粉末とからなる混合粉末を溶射するとしている。
これにより、高強度で、薄肉、軽量の摺動特性に優れたものを得るとしている。
【０００６】
さらには、特許文献４では、セラミックス層が、金属基材側に配置された粗粒子の凝集体層と、セラミックス層の表面層側に配置された微粒子の凝集体層とから形成されるとしている。これにより、耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性、耐腐食性を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０８２３７号公報
【特許文献２】特開平８−３７１８号公報
【特許文献３】特開平８−２７５５８号公報
【特許文献４】特開平９−６７６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のごとく、それぞれの溶射膜は、熱伝導性を考慮したものではなく、特に、特許文献１に示す両面冷却型半導体カードモジュールのように、半導体チップの両面からの冷却効果を高める必要がある場合に、セラミック薄膜自体の熱伝導性を高めたものとするために、新たな溶射方法を考え出す必要がある。
【０００９】
特許文献１には、溶射膜の利用が記載されているが、従来の技術で成膜した溶射膜では、熱伝導性に問題があった。その原因を調べたところ、溶融急冷による結晶子サイズの縮小と溶融による粒の膜厚方向への縮小が主原因であることがわかった。そこで、原料粉末を基板への付着に寄与する液相部分は割合を減らして残し、固相部分の割合を増やすことにより、高熱伝導性の溶射膜を実現する。
【００１０】
すなわち、上述の特許文献１における溶射膜の形成方法では、成膜対象面に原料粉末が完全溶融して粉末が偏平状態になって付着し、急冷により結晶子サイズが小さくなった状態で固化し成膜されることから、フォノン散乱により、熱抵抗が増大し、熱伝導が阻害されていると考えられる。したがって、かかる難点を克服するためには、原料粉末を固相のまま堆積させると共に、同時に、固相間にできる隙間を完全溶融させた液相で満たすことで熱伝導性を確保できるという知見に至った。
本発明の以上のような知見を基に提案されたものであって、原料粉末を成膜対象面への付着に寄与する液相部分は、割合を減らして残し、固相部分の割合を増やすことにより、高熱伝導性の溶射膜を実現し、例えば両面冷却型半導体カードモジュールに適用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、付着成膜工程において、成膜対象面に溶射によって付着する時に、前記原料粉末（Ｐ）の７０〜８０％が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。
【００１２】
これにより、原料粉末（Ｐ）を、成膜対象面に溶射によって付着する時に、原料粉末（Ｐ）の５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％が固相状態で固化し、成膜されるので、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保することができる。
【００１３】
すなわち、原料粉末（Ｐ）の５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％が固相状態で固化し、成膜されるということは、溶射膜全体で、原料粉末（Ｐ）の５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％が原料粉末（Ｐ）の元の結晶子を残存させた状態で固化し、成膜されることを意味する。
溶射膜中に結晶子を残存させることで、熱伝導の低下の要因とされるフォノンの散乱を抑制し、高熱伝導化につながる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、原料粉末（Ｐ）は、大粒径の粉末（Ｐｂ）の表面に小粒径の粉末（Ｐｓ）を凝集させて原料粉末（Ｐ）としたことを特徴とする。
【００１５】
これにより、成膜対象面に溶射時に、大粒径粉末（Ｐｂ）は固相のままで、大粒径粉末（Ｐｂ）の表面に小粒径粉末（Ｐｓ）が溶融状態で付着し、成膜することができ、所望の熱伝導性を損なわない、溶射膜を得ることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、原料粉末（Ｐ）は、大粒径の粉末（Ｐｂ）と小粒径の粉末（Ｐｓ）とに分級されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、原料粉末（Ｐ）を、成膜対象面に溶射によって付着して固化する時に、小粒径の粉末（Ｐｓ）は、完全に溶融して液相状態となっても、大粒径の粉末（Ｐｂ）は、固相状態を残存させた状態で成膜が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、付着成膜工程において、小粒径粉末（Ｐｓ）を溶射によって成膜対象面に液相状態で付着させ、小粒径粉末（Ｐｓ）が固化する前に、大粒径粉末（Ｐｂ）を成膜対象面に固相状態で付着するように、溶射工程における溶射タイミングを制御することを特徴とする。
【００１９】
これにより、成膜対象面には、完全溶融状態で、小粒径粉末（Ｐｓ）が溶射され、次いで大粒径粉末（Ｐｂ）が固相のまま到達して、脱落することなく固化され、成膜されることから、熱伝導性を確保した溶射膜が得られる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、溶射工程において、大粒径粉末（Ｐｂ）と小粒径粉末（Ｐｓ）とをそれぞれ別個に溶射を行い、付着成膜工程において成膜対象面の近接位置で大粒径粉末（Ｐｂ）は固相状態で、小粒径粉末（Ｐｓ）は液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
これにより、溶射膜を形成すべき成膜対象面に向けて、大粒径粉末（Ｐｂ）と小粒径粉末（Ｐｓ）とに分けてそれぞれ別個に、成膜対象面上で混合されるように溶射する。これにより、成膜対象面上で、固相のままの大粒径粉末（Ｐｂ）と液相の小粒径粉末（Ｐｓ）とが衝突することで、混在した状態で成膜対象面に付着し、成膜することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、溶射工程において、原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じたプラズマ制御を行い、付着成膜工程で、成膜対象面上で原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、成膜対象面上には、固相のままの大粒径粉末（Ｐｂ）を含んだ状態で液相の小粒径粉末（Ｐｓ）と共に、成膜されるから、熱伝導性を損なわない、溶射膜を得ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、溶射工程において、原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて、プラズマガン（２０Ｇ）の溶射経路上において、原料粉末（Ｐ）の供給位置を調整することでプラズマ制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
これにより、粒径に応じて溶射経路上の供給位置を制御することから、粒径に応じて固相状態で付着させたり、液相状態で付着させることが可能となり、熱伝導性を損なわない、溶射膜を得ることができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）から分級された大粒径粉末（Ｐｂ）を、成膜対象面上に一層として塗布する工程と、原料粉末（Ｐ）から分級された小粒径粉末（Ｐｓ）を、成膜対象面上に溶射して、塗布された大粒径粉末（Ｐｂ）の空隙を埋める溶射工程とを具備しており、塗布工程と溶射工程とを繰り返し実行し、所望の膜厚の成膜を得るようにして、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。
【００２７】
これにより、最初に成膜対象面上に大粒径粉末（Ｐｂ）を固相状態で塗布する塗布工程と、大粒径粉末（Ｐｂ）間を埋めるように小粒径粉末（Ｐｓ）を溶射する溶射工程を繰り返すことで、所望の膜厚の、熱伝導性を損なわない、溶射膜を得ることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）から分級された大粒径粉末（Ｐｂ）を、成膜対象面上に一層として塗布する工程と、塗布された大粒径粉末（Ｐｂ）の表面にプラズマジェットを溶射して、大粒径粉末（Ｐｂ）の空隙を埋める溶射工程とを具備しており、塗布工程と溶射工程とを繰り返し実行し、所望の膜厚の成膜を得るようにして、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。
【００２９】
これにより、塗布工程で塗布された大粒径粉末（Ｐｂ）の表面にプラズマジェットを溶射して、大粒径粉末（Ｐｂ）の空隙を埋める溶射工程により、大粒径粉末（Ｐｂ）の表面側が溶融して液相状態となって、この液相状態の大粒径粉末（Ｐｂ）により、大粒径粉末（Ｐｂ）同士を内部側が固相状態で固化させることができる。従って、以上のような塗布工程とプラズマジェットによる空隙を埋める溶射工程を繰り返すことで、所望の膜厚の熱伝導性を確保した成膜が可能となる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明では、成膜対象面に超音波振動をかけながら成膜することで気孔が少ない膜を形成するようにしたことを特徴とする。
【００３１】
これにより、気孔の少ない、所望の膜厚の熱伝導性を確保した成膜が可能となる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明では、原料粉末（Ｐ）には、予め熱処理して結晶子サイズを大きくするべく改質したものを用いるようにしたことを特徴とする。
【００３３】
これにより、結晶子サイズが大きいままで、固化させ、成膜することができるので、熱伝導性の確保に寄与することができる。
【００３４】
さらに請求項１２に記載の発明では、大粒径が３０μｍ〜１００μｍの粉末（Ｐｂ）であり、小粒径が１μｍ〜１０μｍの粉末（Ｐｓ）であることを特徴とする。
【００３５】
これにより、小粒径粉末（Ｐｓ）に、粒径が１μｍ〜１０μｍのものを用い、一方、大粒径粉末（Ｐｂ）に、粒径が３０μｍ〜１００μｍのものを用いることで、例えばプラズマによる溶射により、小粒径粉末（Ｐｓ）が完全に溶融して液相状態となっても、大粒径粉末（Ｐｂ）は内部側が溶融せず、固相状態のままとするという、処理が可能となる。
【００３６】
請求項１３に記載の発明では、請求項２から１１記載のうち、いずれか１つに記載の発明において、前記大粒径の平均粒径が３０μｍ〜１００μｍの粉末（Ｐｂ）であり、前記小粒径の平均粒径が１μｍ〜１０μｍの粉末（Ｐｓ）であることを特徴とする。
【００３７】
請求項１４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記溶射工程において、前記大粒径粉末（Ｐｂ）と前記小粒径粉末（Ｐｓ）とをそれぞれ別個に溶射を行い、前記付着成膜工程において前記成膜対象面の近接位置で前記大粒径粉末（Ｐｂ）は主に固相状態で、前記小粒径粉末（Ｐｓ）は主に液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００３８】
請求項１５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記溶射工程において、前記大粒径粉末（Ｐｂ）と前記小粒径粉末（Ｐｓ）とを原料粉末の供給位置を調整することにより、前記付着成膜工程において前記成膜対象面の近接位置で前記大粒径粉末（Ｐｂ）は主に固相状態で、前記小粒径粉末（Ｐｓ）は主に液相状態で相互に衝突させることで、固相と液相とが混在した状態で原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に堆積させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００３９】
請求項１６に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて別個に溶射を行い、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面上で前記原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
請求項１７に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記溶射工程において、前記原料粉末（Ｐ）を粉末の粒径に応じて原料粉末の供給位置を調整することにより、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面上で前記原料粉末（Ｐ）の内側を固相状態で表面側を液相状態で付着させ、成膜するようにしたことを特徴とする。
【００４１】
請求項１８に記載の発明では、請求項２から１７記載のうち、いずれか１つに記載の発明において、前記大粒径粉末として、αアルミナ、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、又は、それらの混合粉末を用いることを特徴とする。
これら粉末は、通常の溶射においては、高熱伝導性の溶射膜としては余り使用できないが、大粒径粉末として好都合であり、これらの材料を使用することができる。
【００４２】
請求項１９に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に付着して固化した溶射膜の結晶子サイズが５２ｎｍ以上であるように付着させて、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。これにより、高伝導率性絶縁膜の１つの目標である、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示す溶射膜を得ることができる。
【００４３】
請求項２０に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、前記原料粉末（Ｐ）の４２％以上が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。
【００４４】
請求項２１に記載の発明では、成膜対象面に溶射膜（１０）を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末（Ｐ）を前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末（Ｐ）が前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、望ましくは前記原料粉末（Ｐ）の４２〜８５％が固相状態で付着することで、原料粉末（Ｐ）の結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保するように成膜されることを特徴とする。
【００４５】
請求項２２に記載の発明では、請求項２から２１記載のうち、いずれか１つに記載の発明において、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面側からではなく基板の裏面側から冷却して成膜するようにしたことを特徴とする。これにより、裏面からの冷却においては、エアーによる冷却以外にも水やペルチェ素子などによる多彩な冷却が可能になる。
【００４６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、溶射膜を成膜する際、原料粉末を成膜対象面への付着に寄与する液相部分は、割合を減らして残し、固相部分の割合を増やすことにより、成膜全体で、その固相部分により、熱伝導性に関係する、原料粉末の結晶子が残存する割合を高めることができるので、高熱伝導性を確保することができ、例えば両面冷却型半導体カードモジュールに適用できる溶射膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる溶射膜を用いた半導体カードモジュールの一例と、溶射膜を拡大的に示した、断面説明図である。
【図２】本発明にかかる溶射膜の形成方法のうちの一例を説明するための、プラズマガンと、成膜対象面の模式的な断面説明図である。
【図３】本発明にかかる溶射膜の形成方法のうちの別例を説明するための、プラズマガンと、成膜対象面の模式的な断面説明図である。
【図４】本発明にかかる溶射膜の形成方法のうちの別例を説明するための、プラズマガンと、成膜対象面の模式的な断面説明図である。
【図５】本発明にかかる溶射膜の形成方法において、大粒径粉末に対して小粒径粉末を凝集させたものを原料粉末として用いる際の、原料粉末の模式図である。
【図６】本発明にかかる溶射膜の形成方法のうちの別例を説明するための、プラズマガンと、成膜対象面の模式的な断面説明図である。
【図７】本発明にかかる溶射膜の形成方法と比較するために示した、プラズマ溶射による溶射膜の形成方法にかかる模式的説明図である。
【図８】結晶子サイズと熱抵抗の関係を表す図である。
【図９】固相割合と結晶子サイズの関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明にかかる溶射膜の形成方法を用いて形成された溶射膜の一例を挙げ、添付の図面に基づいて説明する。ここでは、半導体装置、すなわち、半導体チップの両面から放熱を行う、半導体チップの両主面に個別に接合される一対の伝熱部材を被覆するセラミック薄膜を形成する工程を挙げて説明する。
【００５０】
図１に半導体装置の一例として、両面冷却型半導体カードモジュール１（以下、半導体カ−ドモジュ−ル１）を示す。
この半導体カードモジュール１では、半導体チップ２、３の両主面に個別に接合される第１、第２の伝熱部材５、６がそれぞれ溶射膜１０（以下、セラミック薄膜１０）で被覆する構成としている。
半導体チップ２、３は第２伝熱部材６の内側の主面上に半田接合され、半導体チップ２の残余の主面にはスペーサ５ａを、半導体チップ３の残余の主面にはスペーサ５ｂを半田接合している。スペーサ５ａ、５ｂは、互いに厚さが異なる半導体チップ２、３の厚さの差を吸収する厚さの差を有し、これによりスペーサ５ａ、５ｂの残余の主面を同一高さとし、第１伝熱部材５の内側の主面に半田接合している。
なお、ｑははんだ層、ｒはボンディングワイヤ、ｓ、ｔは主電極端子、ｕは封止樹脂部、ｖは制御電極端子を示している。
【００５１】
スペーサ５ａ、５ｂ、第１伝熱部材５、伝熱用金属板６は、銅、タングステン、モリブデン等で形成された金属板からなる。
【００５２】
そしてセラミック薄膜１０は、第１伝熱部材５の外主面及び第２伝熱部材６の外主面に被着され、酸化アルミニウム（アルミナ）等を第１伝熱部材５の外主面、第２伝熱部材６の外主面に溶射して形成している。第１伝熱部材５、第２伝熱部材６の外主面は、溶射前に粗面化されてセラミック薄膜１０の密着性を向上している。セラミック薄膜１０は、更に第１伝熱部材５、第２伝熱部材６の外主面の周縁部をなす角部及びこれら角部に連なる第１伝熱部材５、第２伝熱部材６の側面の一部を覆っている。第１、第２伝熱部材５、６の外主面の周縁部をなす角部は少なくともそれらの内側の主面の周縁部をなす角部よりも大きい曲率半径で面取りされており、セラミック薄膜１０との接合が強固となるようにしている。
【００５３】
セラミック薄膜１０は、成膜対象面に、原料粉末Ｐを溶射によって成膜したもので、大粒径（３０μｍ〜１００μｍ）の粉末Ｐｂを固相の状態で付着させた固相部１０Ｓｐと、小粒径（１μｍ〜１０μｍ）の粉末Ｐｓを液相状態で付着させて固相部１０Ｓｐと共に固化してなる液相部１０Ｌｐとを有する。
なお、セラミック薄膜１０は、この他、ばらつきのない、粒径分布の粉末を用いて、表面側を液相状態で、内側を固相状態で固化して成膜されたものでもよい（後述）。
【００５４】
以上のように、概略構成される半導体カードモジュール１において、セラミック薄膜１０を、本発明にかかる形成方法を用いて形成する工程を説明する。
本形成方法は、汎用されているプラズマ溶射装置２０を用いて実施される。
プラズマ溶射装置２０は、例えば、主として、プラズマガン２０Ｇ、粉末供給装置２１、制御装置２２、ガス調節器２３、安定直流電源装置２４、冷却装置２５によって構成される（図７参照）。
かかる構成により、例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム（不活性ガス）などの作動ガス中で、アノード陽極とカソード陰極間に直流アーク放電により、１００００℃を超える高温高速のプラズマジェットを発生させ、この中に金属やサーメット、セラミックスなどの粉末を投入し、溶融と加速を行い、被溶射箇所に成膜するものである。
なお、本形成方法は、本質的には、冒頭で説明しているように、成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６に原料粉末Ｐを溶射して付着させる際、原料粉末Ｐの結晶子サイズを維持するように固相状態で固化する割合を高め、成膜することである。結晶子サイズを維持した割合を高めて成膜することで、熱伝導の低下の要因とされるフォノンの散乱を抑制し、高熱伝導化を図っている。従って、かかる条件を満足するものであれば、いかなる手法も採用し得る。
以下、形成方法の実例を列挙する。
【００５５】
（形成方法その１）
１．原料粉末………………アルミナ粉末、またはスピネル粉末
２．粒径……………………３０μｍ〜１００μｍ（大粒径）、１μｍ〜１０μｍ(小粒径)
３．結晶子サイズ…………６０〜８０ｎｍ
ここでの形成方法では、原料粉末Ｐとして、アルミナ粉末（またはスピネル粉末等）を用いることとする。プラズマ溶射装置２０は、制御装置２２によって、下記の設定手順よる制御指令下に、安定化直流電源装置２４、冷却装置２５、ガス調節器２３、粉末供給装置２１を制御し、プラズマガン２０Ｇを駆動し、プラズマジェットを発生させる。
【００５６】
（１）原料粉末Ｐの分級
原料粉末Ｐを所定の分級手段により、所定粒径の大粒径粉末Ｐｂと大粒径粉末Ｐｂの粒径に比較して小さい粒径の小粒径粉末Ｐｓとに分級する。分級後、粉末供給装置２１を介して、プラズマガン２０Ｇに供給する。なお、ここでは大粒径粉末Ｐｂは、粒径が３０μｍ〜１００μｍ、小粒径粉末Ｐｓは、粒径が１μｍ〜１０μｍとして規定することとする。
【００５７】
（２）プラズマガン２０Ｇから、大粒径粉末Ｐｂと小粒径粉末Ｐｓとを交互に所定のタイミングで溶射
プラズマガン２０Ｇにおいて、高温高速のプラズマジェットを発生させ、この中に粉末供給装置２１を介し、大粒径粉末Ｐｂと小粒径粉末Ｐｓとが、所定のタイミングで投入され、溶融と加速を行い、成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６に所定の溶射タイミングで溶射される（図２参照）。
【００５８】
プラズマジェット内に原料粉末Ｐが投入されると、原料粉末Ｐの粒径によっては、粒状の固体状態である固相から、高温によって次第に、固相／液相、液相へと相転移していき、熱エネルギーと運動エネルギーにより、完全に溶融した状態で成膜対象面に付着し、成膜される。
上述の工程手順では、先ず、成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６には、完全溶融状態で小粒径粉末Ｐｓが付着するようにし、次いで大粒径粉末Ｐｂが固相のまま到達するようにプラズマガン２０Ｇを制御する。この場合、小粒径粉末Ｐｓが固化する前に大粒径粉末Ｐｂを溶射することで、第１、第２伝熱部材５、６には、大粒径粉末Ｐｂが固相のままで堆積し、大粒径粉末Ｐｂ間には、小粒径粉末Ｐｓが完全溶融した状態で充填され、固化し、成膜される。この際、成膜されるセラミック膜１０は、固相状態の大粒径粉末Ｐｂを、液相状態（溶融状態）の小粒径粉末Ｐｓをバインダとして、固相部１０Ｓｐ（略５０〜９０％、望ましくは７０〜８０％）と液相部１０Ｌｐ（略１０〜５０％、望ましくは２０〜３０％）として固化される（図１参照）。このように、膜全体の大部分を固相部１０Ｓｐで占められるため、膜全体として、略６０〜８０ｎｍの結晶子サイズを維持することができ、このため、当初の目的通り、所望の熱伝導性を確保した溶射膜が得られる。
なお、固相状態の大粒径粉末Ｐｂと液相状態（溶融状態）の小粒径粉末Ｐｓとの割合は、原料粉末の違いにより異なり、さらに適切な条件により、熱伝導性に関係する結晶子サイズを維持する最良割合を導き出し得る。
【００５９】
（形成方法その２）
ここでの形成方法では、大粒径粉末Ｐｂと小粒径粉末Ｐｓとに分級した原料粉末Ｐを、２基のプラズマガン２０Ｇを、それぞれ、大粒径粉末Ｐｂと小粒径粉末Ｐｓ別個のプラズマガン２０Ｇとして用い、成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６に向けて傾斜角度を持たさせて、成膜対象面の近接位置、すなわち第１、第２伝熱部材５、６の直上で固相の大粒径粉末Ｐｂと、液相の小粒径粉末Ｐｓとを集束させるように衝突させて固相／液相粉末を形成し、第１、第２伝熱部材５、６に付着させるようにしている（図３参照）。
なお、プラズマ溶射装置２０は、前述の形成方法同様、制御装置２２によって、下記の設定手順よる制御指令下に、安定化直流電源装置２４、冷却装置２５、ガス調節器２３、粉末供給装置２１を制御し、プラズマガン２０Ｇを駆動し、プラズマジェットを発生させる。
【００６０】
（１）原料粉末Ｐの分級
原料粉末Ｐを所定の分級手段により、大粒径粉末Ｐｂと小粒径粉末Ｐｓとに分級する。分級後、粉末供給装置２１を介して、それぞれ専用のプラズマガン２０Ｇに供給する。
（２）成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６に向けて、各プラズマガン２０Ｇを駆動
これにより、プラズマガン２０Ｇから、プラズマジェットが第１、第２伝熱部材５、６に向けて所定の傾斜角度を持って溶射され、第１、第２伝熱部材５、６上で互いに集束するように当る。この際、各プラズマガン２０Ｇは、それぞれ大粒径粉末Ｐｂは固相状態で、小粒径粉末Ｐｓは、液相状態で第１、第２伝熱部材５、６上に到達するように制御される。
このため、第１、第２伝熱部材５、６の直上、近接位置である集束箇所で固相の大粒径粉末Ｐｂと、液相の小粒径粉末Ｐｓとが衝突して混在した状態の固相／液相粉末を形成し、第１、第２伝熱部材５、６に付着させることができる。かかる溶射状態で成膜対象面である第１、第２伝熱部材５、６全体に満遍なく当るように、各プラズマガン２０Ｇを移動調整し、第１、第２伝熱部材５、６全体に成膜がなされるようにする。
以上のような、工程によっても、第１、第２伝熱部材５、６上には、大粒径粉末Ｐｂは固相状態で付着し、大粒径粉末Ｐｂ周囲を溶融した小粒径粉末Ｐｓで囲われて成膜されるため、固相状態の大粒径粉末Ｐｂにより、熱伝導性に関係する、原料粉末Ｐの結晶子サイズが維持され、当初の目的通り、所望の熱伝導性を確保した溶射膜が得られる。
【００６１】
（形成方法その３）
ここでの形成方法では、原料を分級して、マルチプラズマヘッド（複数のプラズマガン２０Ｇ）で粒径に応じたプラズマ制御を行い、原料粉末Ｐの表面側を溶融状態にする。例えば、小粒径粉末Ｐｓは、プラズマガン２０Ｇから、プラズマパワー、すなわち、熱エネルギー、運動エネルギーを抑えて溶射する。一方、大粒径粉末Ｐｂは、プラズマパワーを高めて溶射するようにする（図４参照）。
プラズマパワーは、プラズマ溶射装置２０における制御装置２２により、作動ガスの供給量、印加電圧を制御することで、パワーの加減を行うことができる。
【００６２】
（形成方法その４）
ここでの形成方法では、原料粉末Ｐを加工するべく、大粒径粉末Ｐｂの表面に小粒径粉末Ｐｓを凝集させて原料粉末Ｐとし、小粒径粉末Ｐｓの表面側が融けるように、プラズマ制御を行うようにしている（図５参照）。
この場合、例えば粒径３０μｍ程度の原料粉末Ｐ表面に１桁程度小さな粒径の粉末を凝集させて、粉末供給装置２１を介して、プラズマガン２０Ｇに供給し、プラズマ溶射装置２０における制御装置２２により、作動ガスの供給量、印加電圧を制御することで、パワーの加減を行い、小粒径粉末Ｐｓの表面側が融けるようにする。
これにより、第１、第２伝熱部材５、６上には、大粒径粉末Ｐｂは固相状態で付着し、大粒径粉末Ｐｂ周囲を溶融した小粒径粉末Ｐｓで囲われて成膜される。
【００６３】
（形成方法その５）
ここでの形成方法では、原料粉末Ｐを分級してプラズマガン２０Ｇへの溶射経路上の供給位置を調整するべく、プラズマガン２０Ｇへの原料粉末供給口２０inを、粒径に応じて位置調整し、原料粉末Ｐの表面側を液相（溶融状態）にして、内部は固相を維持するようにして第１、第２伝熱部材５、６上に付着させて成膜する形成方法である（図６参照）。
ここでのプラズマガン２０Ｇは、原料粉末供給口２０inの位置を、プラズマジェットの噴出方向に沿って、原料粉末供給口２０inの位置を調整可能に構成している。
例えば、大粒径粉末Ｐｂの場合は、固相のまま、第１、第２伝熱部材５、６上に到達できるように、プラズマガン２０Ｇのノズル部Ｎにおいて、プラズマジェットの噴出方向下流側寄りに、原料粉末供給口２０inの位置を調整する。一方、小粒径粉末Ｐｓの場合には、第１、第２伝熱部材５、６上に到達するまでに液相状態になるように、プラズマジェットの噴出方向上流側寄りに調整する。
【００６４】
（形成方法その６）
ここでの形成方法では、大粒径粉末Ｐｂを第１、第２伝熱部材５、６上に一層固相状態で塗布後、小粒径粉末Ｐｓを溶射して、空隙を埋める溶射工程を、所望の膜厚になるまで繰り返すようにした形成方法である。すなわち、（１）大粒径紛末を一層塗布、（２）小粒径粉末Ｐｓ溶射により大粒径粉末Ｐｂ間の空隙を埋める。
（１）の工程では、大粒径粉末Ｐｂを、所定の手段により第１、第２伝熱部材５、６上に塗布する。
一方、（２）の工程では、小粒径粉末Ｐｓを、第１、第２伝熱部材５、６上に到達するまでに液相状態になるように、プラズマ制御を行う。かかる（１）と（２）の工程とを繰り返し実行することで、第１、第２伝熱部材５、６には、大粒径粉末Ｐｂが固相のままで堆積し、大粒径粉末Ｐｂ間には、小粒径粉末Ｐｓが完全溶融した状態で充填され、固化するので、原料粉末Ｐの結晶子が残存する割合を高めて成膜される。
【００６５】
（形成方法その７）
ここでの形成方法では、大粒径粉末Ｐｂを一層塗布後、プラズマジェットにより、空隙を埋める溶射工程を、所望の膜厚になるまで繰り返すようにした形成方法である。
すなわち、この形成方法では、（１）大粒径粉末Ｐｂを一層塗布、（２）プラズマジェットを溶射して、空隙を埋める溶射工程を繰り返すようにしている。
かかる形成方法によっても、第１、第２伝熱部材５、６には、大粒径粉末Ｐｂが固相のままで堆積し、大粒径粉末Ｐｂ間には、小粒径粉末Ｐｓが完全溶融した状態で充填され、固化するので、原料粉末Ｐの結晶子が残存する割合を高めて成膜することができる。
【００６６】
（形成方法その８）
ここでの形成方法では、超音波振動をかけながら成膜することで気孔が少ない膜を形成する方法である。この形成方法は、上述した形成方法その１〜形成方法その７と組み合わせて実行するようにすれば、形成方法その１〜形成方法その７によって形成された溶射膜に対し、気孔の少ない成膜が可能となる。
なお、超音波振動発生手段（図示省略）は、適宜な既存のものを使用することができ、成膜対象である半導体カードモジュール１の第１、第２伝熱部材５、６上に、超音波振動を付与することができる。
【００６７】
（形成方法その９）
ここでの形成方法では、原料粉末Ｐを熱処理して結晶子サイズを大きくする手段を採用している。原料粉末Ｐは例えば、中性または還元性雰囲気下で、所定温度範囲で熱処理を施すことによって結晶子サイズを拡大することができる。
原料粉末Ｐは、上述の熱処理によって結晶子サイズを拡大するように改質された後、粉末供給装置２１を介して、プラズマガン２０Ｇに供給し、溶射を行うことができる。
かかる改質された原料粉末Ｐを用いて、第１、第２伝熱部材５、６に、固相状態を残した状態で成膜することで、当初の目的を達成することができる。
【００６８】
ここで、比較のために、本発明にかかる溶射膜の形成方法と異なる形成方法の一例を挙げ、説明する（図７参照）。
ここでの形成方法では、プラズマ溶射装置２０により、原料粉末Ｐを完全に液相状態で成膜対象面に付着させて固化させる形成方法を示している。
すなわち、プラズマジェット内に原料粉末Ｐが投入されると、粉末は粒状の固体状態である固相から、高温によって次第に、固相／液相、液相へと相転移していき、熱エネルギーと運動エネルギーにより、完全に溶融した状態で成膜対象面に付着し、成膜対象面に成膜される。
このようにして、成膜対象面に原料粉末Ｐが完全溶融して粉末が偏平状態になって付着することから、急冷により結晶子サイズが、本来の固相状態における原料粉末Ｐの結晶子サイズより小さくなった状態で固化すると推定され、高熱伝導性を確保することが困難となる。
【００６９】
以上、本発明にかかる溶射膜の形成方法について、冷却型半導体カードモジュールに適用されるセラミック膜を例示し、種々、形成方法を挙げ、説明したが、次のような形成方法も考えられる。
すなわち、原料粉末Ｐを分級する際、ばらつきの少ない、略均一な粒径分布の各粒径の粉末を用いて、分級後の粉末の表面側を溶融状態にするようにプラズマ制御を行い、成膜対象面上に成膜する形成方法も考えられる。
これにより、表面側が液相状態で固化する一方、内面側は固相状態で固化して成膜されるため、高熱伝導性の確保が可能である。
【００７０】
さらに、本発明は冷却型半導体カードモジュールに限られない。また、原料粉末Ｐも、アルミナ粉末（またはスピネル粉末等）に限られない。対象製品によって、様々な粉末、例えば、金属酸化物粒子、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｎｉを含む合金粉末が考えられる。
【００７１】
大粒径粉末として、αアルミナ、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、又は、それらの混合粉末を用いるとよい。通常の溶射においては、高熱伝導率のαアルミナは熱伝導率の低いγアルミナに変わってしまうため、不適当である。また、酸化マグネシウムは吸湿性があるため、不適当であり、熱伝導率の高い窒化珪素、窒化アルミおよび窒化ホウ素は酸化してしまいため、高熱伝導性の溶射膜としては使用できない。しかしながら、酸化マグネシウムを除く大粒径粉末においては、ほとんど溶融させないため、大粒径粉末として好都合である。また、酸化マグネシウムにおいても、まわりを吸湿性のないスピネル材料で覆われるため、大粒径粉末としてこの材料を使用することができる。
【００７２】
次に、その他の形成方法を説明する。
図８は、結晶子サイズと熱抵抗の関係を表す図である。図９は、固相割合（固相状態で基板に到達する原料粉末の割合）と結晶子サイズの関係を表す図である。
図８に示すように、気孔率を同程度（オイル含浸法で１０％程度）に保った場合、結晶子サイズが増加するとともに、スピネル溶射膜の熱伝導率は増加することがわかった。したがって、高伝導率性絶縁膜の１つの目標である、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示す溶射膜を得るためには、結晶子サイズが５２ｎｍ以上なければならないことを見出した。
その他の形成方法の一つとしては、成膜対象面に溶射膜１０を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末Ｐを前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末Ｐが前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程と、を具備しており、前記成膜対象面に付着して固化した溶射膜の結晶子サイズが５２ｎｍ以上であることを特徴とする溶射膜の形成方法が挙げられる。さらに、この溶射膜の形成方法によって形成された高伝導性溶射膜も本実施形態に含まれる。
【００７３】
また、通常のプラズマ溶射では、ほとんどの原料粉末がプラズマ内で溶融され、基板上で急冷固化されるため、結晶子サイズが３０ｎｍ強まで低下する（使用した原料粉末の結晶子サイズは８０ｎｍ強）と考えた。この考えに基づいて、固相状態で基板に到達する原料粉末の割合を増やすことにより、溶射膜全体での平均的な結晶子サイズを増加させることができる。図９に見られるように、結晶子サイズを大きくする手法として、溶射膜中の原料粉末の固相割合を増加させることが有効である。ただし、固相部分の割合が増加すると、溶射膜の気孔率の増加傾向が現れ、固相割合が８５％を越えると気孔率の制御が難しくなるとともに、原料粉末の使用効率が著しく低下する。
【００７４】
このようなことから、成膜対象面に溶射膜１０を形成する溶射膜の形成方法であって、原料粉末Ｐを前記成膜対象面に溶射する溶射工程と、溶射された原料粉末Ｐが前記成膜対象面に付着して固化成膜する付着成膜工程とを具備する溶射膜の形成方法において、前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、前記原料粉末Ｐの４２％以上が固相状態で付着することで、原料粉末Ｐの結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保することができる。また、前記付着成膜工程において、前記成膜対象面に溶射によって付着する時に、望ましくは前記原料粉末Ｐの４２〜８５％が固相状態で付着することで、原料粉末Ｐの結晶子が残存する割合を高めて高熱伝導性を確保することができる。
【００７５】
前記成膜対象面側からのエアーによる冷却においては、相対的に付着力の劣る固相状態の原料粉末を成膜対象面に堆積させた折に、エアーにより吹き飛ばされる割合が多くなり、固相割合を高めるためには多くの固相用原料が必要になり、原料粉末の使用効率が低下する。これを避けるために、前記付着成膜工程で、前記成膜対象面側からではなく基板の裏面側から冷却して成膜するようにすると良い。これにより、裏面からの冷却においては、エアーによる冷却以外にも水やペルチェ素子などによる多彩な冷却が可能になる。
【符号の説明】
【００７６】
１    半導体カードモジュール
２、３    半導体チップ
５    第１伝熱部材
５ａ、５ｂ    スペーサ
６    第２伝熱部材
１０    セラミック薄膜
２０    プラズマ溶射装置
２０Ｇ    プラズマガン
２０in    原料粉末供給口
２１    粉末供給装置
２２    制御装置
２３    ガス調節器
２４    安定直流電源装置
２５    冷却装置
ｑ    はんだ層
ｒ    ボンディングワイヤ
ｓ、ｔ    主電極端子
ｕ    封止樹脂部
ｖ    制御電極端子
Ｎ    ノズル
【図１】
2011017078.tif 000003
【図２】
2011017078.tif 000004
【図３】
2011017078.tif 000005
【図４】
2011017078.tif 000006
【図５】
2011017078.tif 000007
【図６】
2011017078.tif 000008
【図７】
2011017078.tif 000009
【図８】
2011017078.tif 000010
【図９】
2011017078.tif 000011