(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム製の絶縁基板と、
前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、
前記表面に前記電極を取り囲むように形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、
前記絶縁基板と前記電極と前記被覆部とが接する３重点を封止する封止部と
を備え、
前記被覆部は、前記接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されている、電子デバイス。
【請求項２】
窒化アルミニウム製の絶縁基板と、
前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、
前記表面に形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、
前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部と
を備え、
前記被覆部は、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されている、電子デバイス。
【請求項３】
窒化アルミニウム製の絶縁基板における表面に酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部を焼成又は溶射により形成する被覆部形成ステップであって、前記被覆部は、前記表面の周縁領域に囲まれた接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成される、被覆部形成ステップと、
前記表面の全体に電極基材を接合する電極基材接合ステップと、
前記周縁領域が露出するように前記電極基材の周縁部をエッチングにより除去し、前記接合領域に接合された電極を形成する電極形成ステップと、
前記絶縁基板と前記電極と前記被覆部とが接する３重点を封止する封止部を形成する封止部形成ステップと
を含む、電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
窒化アルミニウム製の絶縁基板における表面に酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部を焼成又は溶射により形成する被覆部形成ステップであって、前記被覆部は、前記表面の周縁領域に囲まれた接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されるか、前記周縁領域と前記接合領域の境界を含み、前記周縁領域及び前記接合領域にまたがるように形成されるか、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成される、被覆部形成ステップと、
前記表面の全体に電極基材を接合する電極基材接合ステップと、
前記周縁領域が露出するように前記電極基材の周縁部をエッチングにより除去し、前記接合領域に接合された電極を形成する電極形成ステップと、
前記周縁領域において前記電極から間隔を置いた位置にレーザーを照射することにより導電路を形成するステップと、
前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部を形成する封止部形成ステップと
を含む電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
窒化アルミニウム製の絶縁基板と、
前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、
前記周縁領域において前記電極から間隔を置いた位置に形成されたレーザー加工痕からなる導電路と、
前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部と
を備えた電子デバイス。
【請求項６】
前記導電路に、電流計と該電流計に接続されたオシロスコープとを備えた電流検出回路が接続されている、請求項５に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記導電路と前記電流検出回路との間に、キャパシタとインダクタとが直列接続されている、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記電流検出回路に安全回路が接続され、
前記安全回路が、
前記電流検出回路に並列接続されたガスギャップアレスタと、
前記ガスギャップアレスタに並列接続されたツェナーダイオードと
を備えている、請求項６又は７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
窒化アルミニウム製の絶縁基板と、
前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、
前記表面に形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、
前記周縁領域に、前記電極から間隔を置いて形成された導電路と、
前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部と
を備え、
前記被覆部は、前記接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されているか、前記周縁領域と前記接合領域の境界を含み、前記周縁領域及び前記接合領域にまたがるように形成されているか、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されており、
前記導電路は、前記周縁領域における、前記被覆部が設けられていない領域に形成されており、
前記導電路に、キャパシタと、インダクタと、電流計と該電流計に接続されたオシロスコープとを備えた電流検出回路とが直列接続され、
さらに前記電流検出回路に安全回路が接続され、
前記安全回路が、
前記電流検出回路に並列接続されたガスギャップアレスタと、
前記ガスギャップアレスタに並列接続されたツェナーダイオードと
を備えている、電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）などの半導体素子を備えた電子デバイスは、特に電力機器系統への活用が期待されている。それに伴って、電子デバイスの高電圧化及び大容量化が進みつつあるとともに、対応する絶縁技術が重要性を増してきている。
【０００３】
電子デバイスは一般的に、絶縁基板と、該絶縁基板に接合された電極と、絶縁基板及び電極を封止する封止部とを備えている。絶縁基板と電極と封止部とが接する部位は３重点と呼ばれる。非特許文献１には、この３重点から絶縁基板と封止部との界面に沿って、部分放電発生の痕跡が発見されたことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Y. Hayase, K. Yamashiro and T. Takano, “OBSERVATION OF PARTIAL DISCHARGE PROPAGATION PROCESS IN INSULATION SILICONE GEL”, International Symposium on High Voltage Engineering (ISH2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、部分放電の問題に対応した、信頼性の高い電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の一態様によれば、窒化アルミニウム製の絶縁基板と、前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、前記表面に前記電極を取り囲むように形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、前記絶縁基板と前記電極と前記被覆部とが接する３重点を封止する封止部とを備えた電子デバイスが提供される。前記被覆部は、前記接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されている。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、窒化アルミニウム製の絶縁基板と、前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、前記表面に形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部とを備えた電子デバイスが提供される。前記被覆部は、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されている。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、電子デバイスの製造方法が提供される。本方法は、窒化アルミニウム製の絶縁基板における表面に酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部を焼成又は溶射により形成する被覆部形成ステップであって、前記被覆部は、前記表面の周縁領域に囲まれた接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成される、被覆部形成ステップと、前記表面の全体に電極基材を接合する電極基材接合ステップと、前記周縁領域が露出するように前記電極基材の周縁部をエッチングにより除去し、前記接合領域に接合された電極を形成する電極形成ステップと、前記絶縁基板と前記電極と前記被覆部とが接する３重点を封止する封止部を形成する封止部形成ステップとを含む。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、電子デバイスの製造方法が提供される。本方法は、窒化アルミニウム製の絶縁基板における表面に酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部を焼成又は溶射により形成する被覆部形成ステップであって、前記被覆部は、前記表面の周縁領域に囲まれた接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されるか、前記周縁領域と前記接合領域の境界を含み、前記周縁領域及び前記接合領域にまたがるように形成されるか、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成される、被覆部形成ステップと、前記表面の全体に電極基材を接合する電極基材接合ステップと、前記周縁領域が露出するように前記電極基材の周縁部をエッチングにより除去し、前記接合領域に接合された電極を形成する電極形成ステップと、前記周縁領域において前記電極から間隔を置いた位置にレーザーを照射することにより導電路を形成するステップと、前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部を形成する封止部形成ステップとを含む。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、窒化アルミニウム製の絶縁基板と、前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、前記周縁領域において前記電極から間隔を置いた位置に形成されたレーザー加工痕からなる導電路と、前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部とを備えた電子デバイスが提供される。
【００１１】
前記導電路に、電流計と該電流計に接続されたオシロスコープとを備えた電流検出回路が接続されていてもよい。
【００１２】
前記導電路と前記電流検出回路との間に、キャパシタとインダクタとが直列接続されていいてもよい。
【００１３】
前記電流検出回路に安全回路が接続されていてもよい。前記安全回路は、前記電流検出回路に並列接続されたガスギャップアレスタと、前記ガスギャップアレスタに並列接続されたツェナーダイオードとを備えている。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、窒化アルミニウム製の絶縁基板と、前記絶縁基板における表面の周縁領域が露出するように、該周縁領域に接するとともに該周縁領域に囲まれた接合領域に接合された電極と、前記表面に形成された、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部と、前記周縁領域に、前記電極から間隔を置いて形成された導電路と、前記絶縁基板と前記電極とを封止する封止部とを備えた電子デバイスが提供される。前記被覆部は、前記接合領域に接するとともに該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されているか、前記周縁領域と前記接合領域の境界を含み、前記周縁領域及び前記接合領域にまたがるように形成されているか、前記接合領域から間隔を置いて該接合領域を囲むように前記周縁領域に形成されている。そして、前記導電路に、キャパシタと、インダクタと、電流計と該電流計に接続されたオシロスコープとを備えた電流検出回路とが直列接続され、さらに前記電流検出回路に安全回路が接続され、前記安全回路が、前記電流検出回路に並列接続されたガスギャップアレスタと、前記ガスギャップアレスタに並列接続されたツェナーダイオードとを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部分放電の問題に対応した、信頼性の高い電子デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）絶縁基板を示す説明図である。（Ｂ）絶縁基板の加工面の部分的領域Ｚ１をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で撮影することにより得られた写真である。（Ｃ）部分的領域Ｚ１に属するさらなる部分的領域Ｚ２の拡大写真である。（Ｄ）ＳＥＭに付属したＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）による領域Ｚ２の元素分析結果を示す説明図である。
【図２】（Ａ）一実施形態による電子デバイスの斜視図である。（Ｂ）図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】（Ａ）他の実施形態による電子デバイスの斜視図である。（Ｂ）図３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】電子デバイスを作動させるための回路構成図の一例である。
【図５】電子デバイスの作動時間とトリーの長さとの関係を示すグラフである。
【図６】電子デバイスの発光を撮影するための構成を示す説明図である。
【図７】作動時間５００秒の時点における電子デバイスの発光状態を示す写真である。（Ａ）被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板を備えた電子デバイスの写真である。（Ｂ）被覆部を設けていない酸化アルミニウム製基板を備えた電子デバイスの写真である。（Ｃ）電子デバイス１ｂの写真である。
【図８】被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板を備えた電子デバイスにおける発光状態を撮影した写真である。（Ａ）は作動時間１秒の時点のものである。（Ｂ）は作動時間１０秒の時点の時点のものである。（Ｃ）は作動時間５０秒の時点の時点のものである。（Ｄ）は作動時間１００秒の時点の時点のものである。（Ｅ）は作動時間３００秒の時点の時点のものである。（Ｆ）は作動時間５００秒の時点のものである。
【図９】トリーに印加した電圧と検出された電流との関係を示すグラフである。
【図１０】電子デバイスの製造工程を示す説明図である。
【図１１】絶縁基板に形成されたレーザー加工痕と、該レーザー加工痕に接続された電流検出回路とを示す説明図である。
【図１２】安全回路の説明図である。
【図１３】レーザー加工痕の別の例を示す説明図である。
【図１４】レーザー加工痕のさらに別の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
部分放電は、３重点を起点とし、絶縁基板と封止材との界面に沿って樹枝状に発生する。部分放電が発生した箇所には、その部分放電の痕跡として空隙が生じる。この空隙のことをトリー（tree）とも呼ぶ。すなわち、トリーは、３重点を起点として、絶縁基板と封止材との界面に沿って樹枝状に形成される。このトリーはそれ自体、導電路である。そして、このトリーを起点として、新たな部分放電が前記界面に沿って樹枝状に発生し、その結果、新たなトリーが形成される。このように、部分放電の反復的な発生に伴ってトリーが前記界面に沿って伸展してゆき、最終的にはフラッシオーバーとも呼ばれる完全な絶縁破壊に至る。
【００１８】
電子デバイスの信頼性を高めるにあたり、部分放電をいかに発生させないかという観点と、部分放電が発生したとしても、その部分放電発生によるトリーの伸展をいかに抑えるかという観点とがある。本発明の発明者は、後者の観点に着目し、鋭意検討を行った。
【００１９】
電子デバイスにおける絶縁基板の材料として、熱伝導率及び電気的絶縁性の高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使われる場合がある。その一方で、窒化アルミニウム製の基板は、その他の材料の基板に比べてトリーが伸展しやすく、結果としてフラッシオーバーに至りやすいということを発明者は見いだした。これを以下に説明する。
【００２０】
絶縁基板を所望のサイズに加工するにあたり、多くの基板メーカーにてレーザーによるカットが行われている。図１（Ａ）に、レーザーによりカットされた窒化アルミニウム製の絶縁基板１００を示している。絶縁基板１００の側面がレーザー加工面であり、これを符号１００ａとして示している。そして、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した、レーザー加工面１００ａの部分的領域Ｚ１をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で撮影することにより得られた写真である。図１（Ｃ）は、部分的領域Ｚ１に属するさらなる部分的領域Ｚ２の拡大写真である。図１（Ｄ）は、ＳＥＭに付属したＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）によるさらなる部分的領域Ｚ２の元素分析結果を示す説明図である。図１（Ｄ）において、白っぽく見える領域Ｚ３は、アルミニウムが残留していることを示している。
【００２１】
つまり、レーザー加工面１００ａにおいては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を構成する窒素（Ｎ）の多くが消失している一方で、アルミニウム（Ａｌ）は残留している。レーザー加工面１００ａには、アルミニウム残留により、深さ１００ｕｍ×幅１３０ｕｍ程度の導電路が形成されており、その抵抗値は１ｍｍの導電路の長さで０．３Ωである。つまり、レーザー加工面１００ａはほぼ導通状態となっている。
【００２２】
他方、窒化アルミニウムは、その材料特性上、他の材料に比べてトリーが伸展しやすい。すなわち、絶縁基板１００において、レーザー加工面ではない表面１００ｂ及び裏面１００ｃはトリーが伸展しやすい。
【００２３】
このような絶縁基板１００と、表面１００ｂに接合された表面側電極１０１と、裏面１００ｃに接合された裏面側電極１０２と、封止部（不図示）とを備えた電子デバイスを作動させるとする。この作動時において、表面側電極１０１は裏面側電極１０２に比べて電位が高いものとする。すると、３重点Ｔ０から表面１００ｂと封止部との界面に沿ってトリーが伸展してゆく。伸展してきたトリーはいずれ、レーザー加工面１００ａ上の導電路に到達する。このとき、表面側電極１０１とレーザー加工面１００ａとは、表面１００ｂ上のトリーとレーザー加工面１００ａ上の導電路とにより、電気的に接続された状態である。絶縁上の弱点が３重点Ｔ０であった電子デバイス製造当初に比べ、３重点Ｔ０からトリーが伸展してレーザー加工面１００ａに到達した現時点では、絶縁上の弱点が面積効果により増えている。そのため、レーザー加工面１００ａ上の導電路から更なる部分放電が発生しやすい状態といえる。
【００２４】
さらに当該電子デバイスを作動させていくと、今度は、レーザー加工面１００ａにおける裏面１００ｃ付近の導電路から裏面１００ｃと封止部との界面に沿ってトリーが伸展してゆく。最終的にはトリーが裏面側電極１０２に到達する。このとき、表面側電極１０１と裏面側電極１０２とは、表面１００ｂ上のトリーと、レーザー加工面１００ａ上の導電路と、裏面１００ｃ上のトリーとにより、電気的に接続された状態である。すなわち、フラッシオーバーとなる。
【００２５】
以上のように、窒化アルミニウム製の基板は、その他の材料の基板に比べてトリーが伸展しやすく、結果としてフラッシオーバーに至りやすい。
【００２６】
以上のような検討結果を踏まえて、以下に本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、本明細書において、表面、裏面とは、説明の目的で、図における表裏を指す相対的な用語であって、電子デバイスの使用態様における表裏を指す用語ではない。
【００２７】
［被覆部を備えた電子デバイス］
図２に示しているように、電子デバイス１は、絶縁基板２と、この絶縁基板２の表面に接合された第１電極３を備えている。第１電極３は、絶縁基板２の表面上の周縁領域である表面周縁領域２１が露出するように接合されている。絶縁基板２の表面上の、第１電極３が接合された接合領域すなわち表面接合領域２２は、表面周縁領域２１に接しているとともに該表面周縁領域２１によって囲まれている。表面接合領域２２は、第１電極３によって覆い隠されており、露出していない。第１電極３の表面にはＩＧＢＴなどの半導体素子（不図示）が配置される。
【００２８】
電子デバイス１はさらに、絶縁基板２の裏面に接合された第２電極４を備えている。第２電極４は、絶縁基板２の裏面上の周縁領域である裏面周縁領域２３が露出するように接合されている。絶縁基板２の裏面上の、第２電極４が接合された接合領域すなわち裏面接合領域２４は、裏面周縁領域２３に接しているとともに該裏面周縁領域２３によって囲まれている。裏面接合領域２４は、第２電極４によって覆い隠されており、露出していない。
【００２９】
絶縁基板２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製である。また、第１電極３及び第２電極４は銅製又はアルミニウム製である。また、電子デバイス１の作動時において、第１電極３は第２電極４に比べて電位が高いものとする。
【００３０】
電子デバイス１は、シリコーンゲルなどの封止材で形成された封止部５をも備えている。封止部５は、絶縁基板２と、該絶縁基板２に接合された第１電極３及び第２電極４とを封止している。封止部５と絶縁基板２と第１電極３とが接する３重点を符号Ｔ１として示している。また、封止部５と絶縁基板２と第２電極４とが接する３重点を符号Ｔ２として示している。
【００３１】
表面周縁領域２１の一部には、３重点Ｔ１に接するように、つまり表面周縁領域２１と表面接合領域２２の境界２１ａに接するように酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる被覆部２５が形成されている。この被覆部２５は、表面接合領域２２に接するとともに該表面接合領域２２を囲むように形成されているともいえる。
【００３２】
また、裏面周縁領域２３の一部には、３重点Ｔ２に接するように、つまり裏面周縁領域２３の内側の境界２３ａに接するように酸化アルミニウムからなる被覆部２６が形成されている。この被覆部２６は、裏面接合領域２４に接するように形成されているともいえる。
【００３３】
以上のような電子デバイス１によれば、３重点Ｔ１及びＴ２を起点として部分放電が発生したとしても、トリーの伸展が抑えられる。後述するように、被覆部を構成する酸化アルミニウムは、導電路であるトリーが伸展しにくいという性質を有しているためである。結果として、フラッシオーバーが発生する可能性を低減することができる。また、絶縁基板そのものを酸化アルミニウム製とするのではなく、あくまでも主材は窒化アルミニウムとし、その絶縁基板の一部に被覆部を形成したことにより、窒化アルミニウムが有する高い熱伝導率及び電気的絶縁性を確保することができる。
【００３４】
図３に示しているように、絶縁基板２の表面全体と裏面全体と側面全体とに被覆部２７を一体に設けた電子デバイス１ａとしてもよい。
【００３５】
図４のような回路構成を用いて、電子デバイス１ａにおける第１電極３を三角薄膜形状とした電子デバイス１ｂを作動させてトリーの発生状況を観測した結果を以下に説明する。同図の回路構成を具体的に説明すると、交流電源２０１（ピーク値電圧６ｋＶ、周波数５００Ｈｚ）に対して抵抗器２０２（１００ｋΩ）及びキャパシタ２０３（２５０ｐＦ）が直列に接続されている。そして、直列接続された電子デバイス１ｂ及び検出インピーダンス２０４がキャパシタ２０３と並列に接続されている。さらに、電子デバイス１ｂ及び検出インピーダンス２０４とに対し、分圧器２０５が並列に接続されている。
【００３６】
図５に、電子デバイスの作動時間と形成されたトリーの長さとの関係を示している。横軸は電子デバイスの作動時間を示しており、縦軸は形成されたトリーの長さを示している。折れ線Ｇ１は電子デバイス１ｂに関するものである。また、折れ線Ｇ２は、比較のために、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板を用いた電子デバイスに関するものである。折れ線Ｇ２によると、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板では、飽和せずにトリーが伸展し続け、５００秒後には２．７ｍｍに達する。これに対し、折れ線Ｇ１によれば、酸化アルミニウムによる被覆部を設けた電子デバイス１ｂでは、トリーの長さが１．７ｍｍとなったところで伸展が飽和する。
【００３７】
さらに、図６に示しているように、ハイスピードカメラ２０６及びイメージインテンシファイア２０７を用いて、電子デバイス１ｂにおける部分放電に起因した発光の様子を暗室にて撮影した。電子デバイス１ｂにおいて第１電極３を三角薄膜形状としているのは、その三角形の頂点から部分放電が生じやすくなるので観測ポイントを特定できるからである。
【００３８】
作動時間が５００秒の時点における発光の様子を撮影した写真を図７に示している。同図（Ａ）は、比較のために、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板を備えた電子デバイスの場合を示している。同図（Ｂ）も比較のためのものであり、被覆部を設けていない酸化アルミニウム製基板を備えた電子デバイスの場合を示している。そして、同図（Ｃ）は、電子デバイス１ｂの場合を示している。なお、わかりやすくするために、三角形状の第１電極３の頂点部を白色の破線により示している。
【００３９】
同図（Ａ）によれば、第１電極３から離れた領域３０１で光が発生している。発光領域３０１と第１電極３との間には、動作時間５００秒以前に形成されたトリー３０２（図６）が存在しており、このトリー３０２は発光していない。これに対し、同図（Ｂ）及び（Ｃ）によれば、第１電極３の先端から樹枝状に、部分放電発生に伴う発光が生じている。
【００４０】
被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板について、時系列で発光を観測したものを図８に示している。５０秒までは、第１電極３の先端から樹枝状に発光が生じていることがわかる。これに対し、１００秒以降では、第１電極３の先端から離れた領域で発光が生じていることがわかる。つまり、それまでに形成されたトリーにおいては発光が生じてない。これは、窒化アルミニウム製基板の特徴として、トリー内の放電にさらされることによってその経路が導電化するためである。
【００４１】
先端の曲率半径を制御した針（オグラ宝石精機工業社製）をプローブとして、トリーに直接当てて顕微鏡で観察しながら、ピコアンメータ（ケースレー社製６４８７型）を用いてトリーの抵抗を観察した結果を図９に示している。横軸は印加電圧であり、縦軸は検出電流である。点Ｐ１１〜Ｐ１６は、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板の場合である。このうち、点Ｐ１４〜Ｐ１６は、ピコアンメータでの検出飽和が起きたことを示している。点Ｐ２１及びＰ２２は、被覆部を設けていない酸化アルミニウム製基板の場合である。
【００４２】
点Ｐ１１〜Ｐ１６に示した窒化アルミニウム製基板では、トリーの抵抗が１００ｕｍあたり５ｋΩであった。これに対し、点Ｐ２１及びＰ２２に示した酸化アルミニウム製基板では、トリーの抵抗が１００ｕｍあたり１ＭΩ超であった。つまり、酸化アルミニウム製基板は、窒化アルミニウム製基板に比べて、トリーの抵抗が特徴的に大きいことが確認できた。
【００４３】
以上のように、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板ではトリーが伸展しやすく、少なくとも作動時間５００秒の間において伸展が飽和しなかった。これに対し、窒化アルミニウム製基板に酸化アルミニウムによる被覆部を設けることで、トリーの伸展が抑えられている。図５によれば、被覆部を設けていない窒化アルミニウム製基板ではトリーが２．７ｍｍであったのに対し、酸化アルミニウムによる被覆部を設けた窒化アルミニウム製基板ではトリーが１．７ｍｍに抑えられている。つまり、トリーの長さが６０％程度に抑えられている。
【００４４】
被覆部の深さは通常の使用および部分放電検出に用いる場合には０．５ｕｍ程度形成されていれば十分である。しかし、トリー伸展が留まる時間が長いほど、被覆部の深さ方向のプロファイルが掘られるため、絶縁破壊に対する長期の耐久性を求める場合には、焼成又は溶射にて数十〜数百ｕｍ程度形成すればよい。
【００４５】
被覆部は、少なくとも、高電位の電極３が接合された絶縁基板表面上の表面周縁領域２１の一部又は全体に、表面接合領域２２と接し、かつ該表面接合領域２２を囲むように設けられていればよい。すなわち、絶縁基板の裏面全体及び側面全体には被覆部を設けなくてもよい。
【００４６】
あるいは、被覆部２５は、表面周縁領域２１と表面接合領域２２の境界２１ａ全体を含み、かつ表面周縁領域２１及び表面接合領域２２にまたがるように形成されていてもよい。
【００４７】
さらには、被覆部２５は、表面接合領域２２と接することなく、表面接合領域２２から間隔を置いて該表面接合領域２２を囲むように表面周縁領域２１に形成されていてもよい。これによっても、トリーの伸展を一定程度、抑えることができる。
【００４８】
絶縁基板の表面に、複数の電極を接合することもできる。この場合、該複数の電極は、互いに間隔を置いて、絶縁基板の表面周縁領域が露出するように配置される。そして、絶縁基板の表面上の各接合領域に接するように被覆部を設けることができる。
【００４９】
被覆部の材料は、酸化アルミニウムに限られず、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を用いることもできる。
【００５０】
［電子デバイスの製造方法］
電子デバイスの製造方法は、以下のステップＳ１〜Ｓ６を含む。
ステップＳ１）絶縁基板製造
ステップＳ２）被覆部形成
ステップＳ３）電極基材接合
ステップＳ４）電極形成
ステップＳ５）絶縁基板カット
ステップＳ６）メッキ又はコーティング
ステップＳ７）封止部形成
【００５１】
図１０を参照しながら各ステップについて以下に説明する。まず、ステップＳ１では、窒化アルミニウム製の絶縁基板２を製造する。
【００５２】
ステップＳ２では、絶縁基板２における表面周縁領域２１の少なくとも一部に、該表面周縁領域２１と表面接合領域２２の境界２１ａに接するように、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素による被覆部２５を形成する（図１０（Ａ））。この被覆部形成は、焼成又は溶射により行われる。焼成の場合は、ステップＳ１の絶縁基板製造にて行われる焼成の仕上げとして被覆部を形成することができる。本ステップでは、絶縁基板２における表面に部分的に被覆部を設けることから、溶射による方法がより適している。
【００５３】
ステップＳ３では、絶縁基板２の表面全体に、後に形成される第１電極３のもとになる電極基材３ａを接合する（図１０（Ｂ））。この接合はろう付けにより行うことができる。
【００５４】
ステップＳ４では、絶縁基板２の表面上の周縁領域２１が露出するように、電極基材３ａの周縁部３ｂをエッチングにより除去して第１電極３を形成する（図１０（Ｃ））。
【００５５】
ステップＳ５では、上述したように、レーザーにより絶縁基板２を所望のサイズにカットする。
【００５６】
第１電極３が銅製の場合はステップＳ６として、第１電極３にメッキを施すか、又は酸化防止剤によるコーティングを施すことができる。その後、ステップＳ７にて封止部５を形成することで、電子デバイスが製造される。
【００５７】
ステップＳ２において、図３に示したような、表面全体と裏面全体と側面全体とに一体に被覆部２７を設けてもよい。焼成、溶射のいずれを用いてもよいが、この場合は焼成による方法がより適している。
【００５８】
ステップＳ３にて、絶縁基板２の裏面全体に、後に形成される裏面側の第２電極４のもとになる別の電極基材（不図示）をさらに接合してもよい。そして、ステップＳ４にて、絶縁基板２の裏面上の周縁領域２３が露出するように、該電極基材の周縁部をエッチングにより除去して第２電極４を形成することができる。
【００５９】
［電流検出回路及び安全回路］
仮に部分放電が生じ、トリーが伸展したとしても、その伸展を最終的な絶縁破壊すなわちフラッシオーバーに至る前に検出することによって、フラッシオーバーを回避することができるとの着想を発明者は得た。さらに従来のようにパワーエレトロニクス機器全体として、どこかで発生している部分放電を検出するのではなく、ＩＧＢＴモジュールに特化して、３重点を起点とした部分放電発生による劣化を検出し、トリーの伸展状況を把握することが重要であるとの考えに至った。
【００６０】
具体的には、上述したレーザーによる導電路形成を応用する。まず、図１１に示しているように、第１電極３の３重点付近にはバリ４０１が形成されている。このバリは、電子デバイス１の製造工程上、意図せずして発生するものである。このバリから部分放電が発生しやすい。さらに、表面周縁領域２１において、バリ４０１から間隔を置いてレーザーを意図的に照射することにより、レーザー加工痕４１１が形成されている。既に述べたように、レーザー加工痕４１１は導電性を有しているため、導電路とも呼ぶことができる。バリ４０１とレーザー加工痕４１１とにより構成される結合電極の容量結合値をＣ１とする。
【００６１】
そして、レーザー加工痕４１１にキャパシタ４２１が直列接続されており、該キャパシタ４２１にインダクタ４２２が直列接続されている。キャパシタ４２１のキャパシタンスをＣ２とし、インダクタ４２２のインダクタンスをＬとする。キャパシタンスＣ２及びインダクタンスＬは、容量結合値Ｃ１に応じて定められる回路定数である。
【００６２】
インダクタ４２２にはさらに、部分放電により生じた電流を検出するための同調式の電流検出回路４３０が接続されている。この電流検出回路４３０は、一端がインダクタ４２２に直列接続され、他端が接地された電流計４３１と、電流計４３１に接続されたオシロスコープ４３２とを備えている。
【００６３】
容量結合値Ｃ１及びキャパシタンスＣ２の合成容量Ｃｔは、以下のように定められる。
【数１】
0006527419.tif 000002
【００６４】
共振周波数ｆは以下のように定められる。
【数２】
0006527419.tif 000003
【００６５】
例えば、容量結合値Ｃ１を５０ｐＦ、キャパシタンスＣ２を１０ｎＦ、インダクタンスＬを３ｍＨとすると、式（１）及び式（２）により共振周波数ｆは約４００ｋＨｚとなる。
【００６６】
そして、周波数が共振周波数ｆに等しい場合に流れる電流をオシロスコープ４３２にて観測することにより、部分放電の発生状況及びフラッシオーバーの予兆を把握することができる。そして、フラッシオーバーの予兆が観測された場合は、直ちに電子デバイスの作動を停止させることができる。
【００６７】
トリーが伸展してくると、容量結合値Ｃ１が増加する。トリーの伸展により、Ｃ１＝ε０εｒＳ／ｄにおけるｄが小さくなるためである。ただし、ε０は真空の誘電率であってその値の一例は８．８５４×１０−１２Ｆ／ｍであり、εｒは封止材の比誘電率であってその値の一例は３．０であり、Ｓは導電路の断面積であってその値の一例は７．８５×１０−５ｍ２であり、ｄは導電路からトリーまでの距離であってその値は例えば１００ｕｍからトリー伸展に伴って減少してゆく。このような容量結合値Ｃ１の増加に伴って、共振周波数ｆは減少する。共振周波数ｆの減少を見越して、上記の例でいえば、当初の共振周波数が４００ｋＨｚよりも大きくなるように、キャパシタンスＣ２を調整することもできる。あるいは、共振周波数ｆの減少を観測してトリー伸展状況を把握することもできる。
【００６８】
周辺にノイズ源となるパワーエレクロニクス装置が存在する場合など、電子デバイスの外部ノイズとなる周波数と切り分けられた適切な共振周波数ｆが得られるように、適宜、Ｃ１、Ｃ２、Ｌの各値を定めることができる。場合によっては、キャパシタ４２１及びインダクタ４２２のいずれか又は両方を設けずに、電流検出回路４３０をレーザー加工痕４１１に対して直接的に接続することができる。
【００６９】
さらに、図１２に示すように、キャパシタ４２１とインダクタ４２２と電流検出回路４３０とに対して並列に安全回路４４０を接続することができる。安全回路４４０は、ガスギャップアレスタ４４１を備えている。このガスギャップアレスタは、キャパシタ４２１とインダクタ４２２と電流検出回路４３０とに対して並列に接続されている。安全回路４４０はさらに、互いに極性が逆になるように直列接続された２個のツェナーダイオード４４２ａ及び４４２ｂを備えている。ツェナーダイオード４４２ａ及び４４２ｂは、ガスギャップアレスタ４４１と並列に接続されている。
【００７０】
このような安全回路４４０を設けることにより、３重点から伸展してきたトリーが仮にレーザー加工痕４１１に到達して、高圧電流が該レーザー加工痕に流れてしまったとしても、安全に地絡することができる。また、この地絡電流を検出して電子デバイスを非常停止させることで、半導体素子の地絡破壊を防止することができる。このように、電子デバイス本来のスイッチ機構を損ねることなく、高い安全性を保有した状態で電子デバイスの動作を停止することができる。
【００７１】
図１２に示したキャパシタ４２１及びインダクタ４２２のいずれか又は両方を設けないとすることもできる。
【００７２】
図１１又は図１２に示した絶縁基板２に、図２又は図３に示したような被覆部を設けてもよい。その際、導電路は、絶縁基板の表面周縁領域における、被覆部が設けられていない領域に形成することが好ましい。
【００７３】
バリ４０１付近に形成されたレーザー加工痕４１１を、図１３に示すような、矩形状の第１電極３の各角部付近にそれぞれ形成されたレーザー加工痕４１２ａ〜４１２ｄに置き換えることもできる。そして、レーザー加工痕４１２ａ〜４１２ｄの各々に、電流検出回路４３０を接続することができる。
【００７４】
あるいは、図１４に示すように、第１電極３から間隔を置いて、該電極の周囲を取り囲むように形成されたレーザー加工痕４１３を用いることもできる。
【００７５】
レーザー加工痕の形成は、上記ステップＳ４の後であって上記ステップＳ５の前に、上記ステップＳ５にて用いるレーザーを照射することにより行うことができる。あるいは、この形成は、上記ステップＳ５の後であって上記ステップＳ６の前に行ってもよく、または、上記ステップＳ６の後であって上記ステップＳ７の前に行ってもよい。
【００７６】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１      電子デバイス
２      絶縁基板
２１    表面周縁領域
２１ａ  境界
２２    表面接合領域
２３    裏面周縁領域
２３ａ  境界
２４    裏面接合領域
２５〜２７    被覆部
３      第１電極
４      第２電極
５      封止部
４１１  レーザー加工痕
４２１  キャパシタ
４２２  インダクタ
４３０  電流検出回路
４３１  電流計
４３２  オシロスコープ
４４０  安全回路
４４１  ガスギャップアレスタ
４４２ａ、４４２ｂ  ツェナーダイオード
【図１】
0006527419.tif 000004
【図２】
0006527419.tif 000005
【図３】
0006527419.tif 000006
【図４】
0006527419.tif 000007
【図５】
0006527419.tif 000008
【図６】
0006527419.tif 000009
【図７】
0006527419.tif 000010
【図８】
0006527419.tif 000011
【図９】
0006527419.tif 000012
【図１０】
0006527419.tif 000013
【図１１】
0006527419.tif 000014
【図１２】
0006527419.tif 000015
【図１３】
0006527419.tif 000016
【図１４】
0006527419.tif 000017