(57)【要約】  導体路（１２）および電子部品（１４）を有する電気的回路（１０）を表側面（８）に備えた基板（６）と、導電性かつ熱伝導性の部材（２）との間に、薄くかつ全面に及ぶ接着層を設けることによる接着の適正さを検査するため、本発明では、コンタクトラグ（２０）を用いて、前記導体路（１２）と導電性かつ熱伝導性の前記部材（２）とをそれぞれ、電圧源（２４）の反対極（２２）に接続し、測定した容量を介して前記接着層（１８）の品質を判定する。
2014521205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性かつ熱伝導性の部材（２）と
導体路（１２）および電子部品（１４）を備えた電気的回路（１０）を表側面（８）に設置した基板（６）と、
の適正な接着を検査する方法であって、
前記接着では、前記基板（６）の裏側面（１６）に固定される導電性かつ熱伝導性の前記部材（２）と、当該基板（６）との間に、接着層（１８）が形成される、方法において、
コンタクトラグ（２０）を用いて、前記導体路（１２）を電圧源（２４）の一方の極（２２）に接続し、かつ、導電性かつ熱伝導性の前記部材（２）を当該電圧源（２４）の反対の極（２２）に接続し、測定した容量を介して、前記接着層（１８）の品質を判定する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回路（１０）の給電コンタクト（２６）を介して前記コンタクトラグ（２０）と前記導体路（１２）とを接続する、
請求項１記載の、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法。
【請求項３】
まず最初に、使用される接着材の誘電率を求める、
請求項１または２記載の、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法。
【請求項４】
導電性かつ熱伝導性の前記部材（２）および前記導体路（１２）と前記コンタクトラグ（２０）とを接続する直前に、オフセット補償を行う、
請求項１から３までのいずれか１項記載の、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法。
【請求項５】
測定した前記容量（Ｃ）と、当該容量の上限値（Ｃｏ）および下限値（Ｃｕ）とを比較し、
前記容量が、前記下限値（Ｃｕ）と前記上限値（Ｃｏ）との間の範囲内にある場合、接着が適正であると判定する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体路および電子モジュールを含む電気的回路が表側面に設置された基板と、当該基板の裏側面に固定された導電性の部材との間に接着層を設けて行われる、当該基板と導電性かつ熱伝導性の当該部材との接着の適正さを検査する方法に関する。
【０００２】
電動駆動ポンプを制御するためには、導体路を介して相互に接続された制御モジュールおよび電力モジュールとを備えた基板が使用される。電力モジュールも、取付位置によっては周辺も熱を生成し、過度に高い熱負荷によって回路が損傷するのを回避するためには、この熱を各基板上の電気的部品から放熱しなければならない。そのため、基板を放熱部材に固定する。この放熱部材は通常、熱伝導性が良好な金属から、とりわけアルミニウムから製造され、放熱部材の、基板と反対側において冷媒を流すことにより、この冷媒を介して熱を放出するか、または放熱部材がフィンを有することにより、このフィンによって空気流へ放熱が行われる。基板とアルミニウム放熱部材との固定は、摩擦接続的、材料接続的または形状接続的とすることができる。熱負荷が高くても基板から放熱部材へ十分な放熱が行われるのを保証するためには、この結合を可能な限り面状に行い、かつ、結合先の放熱部材から可能な限り小さい距離の場所において行わなければならない。
【０００３】
これに関しては、ＤＥ１００５１９４５Ｃ１に、熱伝導接着材を用いて接合を行う、自動車電子部品用の基板の結合が開示されている。
【０００４】
現時点では未公開である欧州特許出願ＥＰ１１１６５１１６．２から、放熱部材とセラミック基板との間で真空を生成して接着を行うことが公知となっており、このような接着により、破損しやすいセラミック基板でも全面にわたる薄い接着層を実現することができる。
【０００５】
ここで、接着層がより薄く、かつより広面積に及ぶほど、熱伝導が良好になる。それゆえ、接着の検査では接着層の厚さが分かるようにする必要があり、また、接着層の領域に気泡が存在する場合には、これも分かるようにしなければならない。
【０００６】
ＪＰ４３４４４０２ＡＡにも、基板の表側面と裏側面とに導電層を設けて成るキャパシタの容量を測定することにより、多層基板の厚さを求めることが記載されている。放熱部材と基板との接着接合の品質の検出はなされない。
【０００７】
それゆえ本発明の課題は、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法であって、接着部の接着層厚と、全面に塗布されているか否かとを高信頼性で検出できるようにし、これにより接着の品質の高信頼性の検出を可能にすることにより、モジュールの十分な放熱を確実に行えるようにする方法を実現することである。
【０００８】
前記課題は、請求項１に記載の特徴を有する、導電性かつ熱伝導性の部材と基板との適正な接着を検査する方法により解決される。
【０００９】
それぞれコンタクトラグを用いて、導体路を電圧源の一方の極に接続し、かつ、導電性の前記部材を当該電圧源の反対の極に接続して、測定した容量を用いて接着層の品質を判定することにより、接着部の層厚測定および品質判定を非破壊で簡単に行うことができる。その際には、導電性かつ熱伝導性の前記部材と、前記導体路とが、平行平板コンデンサの相互に対向する両平板として機能し、両平板間には、既知の厚さの非導電性の回路基板と接着材とが配置されており、この接着材の厚さが検出対象である。ここで、容量は接着層の層厚と誘電率とに依存し、気泡が存在すると誘電率は変化するので、この容量が、接着層の品質および厚さを表す尺度になる。
【００１０】
有利には前記コンタクトラグは、回路の給電コンタクトを介して導体路に接続することができる。給電コンタクトへのアクセスは簡単であり、さらに、この位置での接続は再現可能であるから、コンタクトラグの線路間の容量結合により、測定誤差を計算することができる。
【００１１】
本発明の方法の１つの実施形態では、まず最初に、使用される接着材の誘電率を求める。これにより、接着材の製造ロットごとに誘電率にばらつきがあることによる誤った測定結果を無くすことができる。
【００１２】
さらに、測定結果を改善するために有利なのは、コンタクトラグと導電性の前記部材および導体路とをコンタクトさせる直前に、オフセット補償を行うことである。コンタクトラグから基板までの間に規定通りの間隔を置いて測定のゼロ調整をこのように行うことにより、容量結合ないしは空気中の水分が与える影響を十分に相殺することができる。
【００１３】
有利には、測定した前記容量を、当該容量の上限値および下限値と比較し、容量が当該上限値と下限値との間の範囲内にある場合、接着が適正であると判定することができる。この範囲は比較的小さく選択することができる。というのも測定精度が高いからである。よって、両限界値内に収まった場合、接着が全面に及びかつ十分に薄いと判定することができる。
【００１４】
上述のような方法により、熱負荷がかかる基板の放熱が確実に十分に行われ、このような放熱により、熱に影響を受けやすい電子部品の不具合を高信頼性で回避できる、熱伝導性かつ導電性の部材と基板との接着を保証することができる。またこのようにして、層厚の点でも、気泡が存在する場合には気泡に関しても、接着の品質を判定することが可能になる。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の方法を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】放熱部材に接着された基板の概略的な側面図である。
【図２】コンタクトラグが接続された状態の基板を上から見た概略図である。
【図３】検査規則の実施フローチャートである。
【００１７】
図１に、熱伝導性かつ導電性の金属から、有利にはアルミニウムから製造された部材２を示す。この部材２は放熱部材として機能し、取付後にはたとえば、部材２の下面４の表面に冷媒液が流れる。
【００１８】
この部材２上に基板６が固定されている。この基板６はたとえばセラミック製とすることができ、基板６の表側面８上に電気的回路１０が設置されている。この電気的回路１０は、電気的なプリント導体路１２と、当該プリント導体路１２に接続された電子的回路部品モジュール１４とから成り、この電子的回路部品モジュール１４はたとえば電力半導体を含む。もちろん、たとえばＦＲ４等の他の回路材料や、たとえば銅膜をエッチングまたはラミネートすることによる手法等の他の導体路形成手法を用いることもできる。
【００１９】
基板６の、電気的回路１０と反対側の裏側面１６と、放熱部材２との結合は、電気絶縁性かつ熱伝導性である熱伝導性接着材を用いて行われる。この接着材の粘度は約２００，０００ｍＰａ・ｓであるから、良好に調量することができ滴り落ちることがないペースト状の接着材となる。この接着材を幼虫状の接着部分として螺旋形に塗布し、その後に真空化により、この螺旋形状の間の空気を引き抜くことにより、基板６の表側面８に大気圧がかかるようにして、表側面８と裏側面１６との間の圧力差により面状の接着部を実現しなければならない。
【００２０】
このようにして形成される接着層１８は、厚さ約１００μｍとし、かつ、非常に均質にしなければならない。その際には、固体物をペースト状接着材に混入することにより、約５０μｍの最小厚さが予め決まっている。このようにして、基板６から放熱部材２の方向への最大限の放熱、ないしは、基板６上に設置された電子回路部品モジュール１４から放熱部材２への最大限の放熱を保証することができる。
【００２１】
本発明では、接着の品質を検査し、これにより熱移動の品質を検査するため、２つのコンタクトラグ２０を用いて導電性の前記部材２と導体路１２とを、図２に示したように、電圧源２４のそれぞれ反対の極２２に接続する。ここでは、導体路１２との接続は、電気的回路１０の給電コンタクト２６を介して行われる。
【００２２】
このようにコンタクトを行うことにより、電気的導体路１２がコンデンサの第１の平板となり、前記部材２は、コンデンサの、反対側の第２の平板となり、このコンデンサの容量は、これら両平板間にある、基板６と接着層１８とから成る絶縁性材料に依存する。
【００２３】
平板コンデンサの容量は、公知のように、以下の数式（１）により計算される：
Ｃ＝Ａ／ｄ／（ε０・εｒ）      （１）
ここで、
Ｃは容量であり、
Ａは、両平板が重なる有効面積であり、
ｄは、両平板間の距離であり、
εｒは、両平板間の材料の比誘電率であり、
ε０は絶対誘電率（8.85419×10-12ASV-1m-1）である。
【００２４】
この実施例では、コンデンサの両平板間の構成が２層構成になっているので、以下の数式（２）が成り立つ：
Ｃ＝Ａ／｛ｄ１／（ε０・εｒ１）＋ｄ２／（ε０・εｒ２）｝      （２）
ここで、
ｄ１は基板の層厚であり、
ｄ２は接着層の層厚であり、
εｒ１は基板の材料の比誘電率であり、
εｒ２は接着材の比誘電率である。
【００２５】
上記数式（２）の未知数は接着層の厚さｄ２であり、この厚さｄ２は、数式（２）を入れ替えることにより適切に求めることができる：
ｄ２＝εｒ２・｛（ε０・Ａ）／Ｃ−ｄ１／εｒ１｝      （３）
使用される基板６については、厚さも比誘電率も既知であり、なおかつ、コンデンサの平板として作用する両部材が重なり合う面積も既知であるが、接着材の比誘電率は、新たなロットが製造されるごとに、可能な限り予め、公知の手法で求めなければならない。次に容量の測定を行い、その後、数式（３）を用いて、この測定した容量から接着層の厚さないしは品質を求めることができる。容量の測定はたとえば、Wavetek LCR 55測定器を用いて行うことができる。
【００２６】
コンタクトラグ２０の両導線間の空気中の水分および容量結合を相殺するためには、たとえば１ｃｍの規定通りの間隔を置いて、コンタクトラグ２０を給電コンタクト２６および部材２に載せる直前にオフセット補償を行う。ここで他の点では、測定自体を行うときと可能な限り同様に、コンタクトラグ２０を相互に相対的に配置する。
【００２７】
基準測定を適切に行うことにより、接着の品質が十分であると判定される容量の範囲として、たとえば３００ｐＦである上限値Ｃｏと、たとえば２２５ｐＦである下限値Ｃｕとが定められる。このようにして、図３に示したフローチャートにしたがい、ステップ２８において容量測定を開始する。次のステップ３０において上記の上限値および下限値を入力する。ステップ３２において、規定されたポイントに電圧を印加することにより測定を開始し、値Ｋｉｓｔを測定する。もちろん、測定を複数回行って、ステップ３４において、たとえばガウスの誤差伝播の法則を用いて分散推定を行うことによってこれら複数回の測定の測定値補正を行うことにより、補正容量Ｃｋｏｒを求めることもできる。もちろん、他の公知の測定値補正手法を用いることもできる。次のステップ３６において、上記の補正測定値Ｃｋｏｒと下限値Ｃｕとを比較する。ＣｋｏｒがＣｕより小さい場合には接着が適正でないと判定し、符号３８によって示しているように、基板６と部材２とから成るユニットを選別して取り除く。そうでない場合には、次のステップ４０において補正測定値Ｃｋｏｒと上限値Ｃｏとを比較する。ＣｋｏｒがＣｏより小さい場合にはステップ４２へ進み、前記ユニットが適正であると判定する。そうでない場合にはステップ４４へ進み、前記ユニットが適正でないと判定する。ステップ４６を以て方法を終了する。
【００２８】
接着層１８の厚さが過度に厚い場合、測定される容量は小さくなるので、容量の両限界値の範囲から下方向に偏差することが明らかである。このことにより、接着材に汚れが存在していることにより層厚が大きくなった部分を見つけることができる。気泡が生じている場合には、実際の比誘電率は、想定される値より小さくなる。このことによっても、測定される容量が下方向に偏差する結果となる。特定の領域全体にわたって基板の下に接着材が存在しない場合、平板は真空によって全面にわたって固定されているが、十分には固定されておらず、放熱部材２に乗っかっているということになり、このことにより、測定される容量は上記範囲から上方向に外れる。よって、上述のような測定により、接着のどのような重大な不具合も見つかるようになり、不具合がある部品の出荷を高信頼性で回避することができる。
【００２９】
よって、上記方法により、極度に薄く良好な熱伝導性の接着層の測定を行うことができ、高い熱負荷でも全面に及ぶ薄い接着層を保証できるので、電子回路の不具合を高信頼性で回避することができる。
【００３０】
本願の保護範囲が上述の実施例に限定されることはなく、独立請求項の保護範囲を逸脱することなく、本発明の方法を最適化するため、たとえば測定点の決定や測定の自動化等のために実施できる変更および発展形態は種々存在することは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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