(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板をフッ素系不活性液体中に浸漬した状態で、前記パワーモジュール用基板に電圧をかけて耐電圧検査を行う方法であって、前記フッ素系不活性液体の液面上に、該フッ素系不活性液体より２０℃における比重が小さく、前記フッ素系不活性液体と混ざらない液体であり、沸点が前記フッ素系不活性液体の沸点に対して−３５℃〜＋４５℃の範囲である絶縁性液体からなる液膜を形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法。
【請求項２】
前記液膜を形成する液体の比重は、前記フッ素系不活性液体の比重より０．８以上小さいことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法。
【請求項３】
前記パワーモジュール用基板を前記フッ素系不活性液体に浸漬する際に、該フッ素系不活性液体中に超音波振動を付与することを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板の耐電圧を検査するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール用基板は、セラミックス基板の両面に金属層が積層され、その一方の金属層が回路層となり、他方の金属層が放熱層としてヒートシンクに接合されるもので、回路層に搭載される半導体素子からの熱を速やかに放熱し得る熱伝導性が要求されるとともに、絶縁基板として所望の耐電圧性が要求される。
【０００３】
従来、このようなパワーモジュール用基板等の耐電圧を検査する方法として、大気への放電を避けるため、絶縁油中で検査することが行われている。この検査方法では、正常なパワーモジュール用基板は洗浄して製品とすることができるので、いわゆる全数検査することが可能である。
【０００４】
また、例えば特許文献１には、絶縁体をフッ素系の不活性液体に浸漬した状態で電圧をかけて試験を行なうことが開示されている。この特許文献１によると、それまでの絶縁油中で実施する耐電圧試験では、試験後に洗浄が必要になるところ、フッ素系の不活性液体であるから、試験で絶縁体に付着しても容易に除去することができると記載されている。また、その除去方法として、熱風で乾燥することが挙げられており、後処理が簡単で全数を容易に試験することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２０１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１記載のようなフッ素系の不活性液体は、沸点が１００℃前後であるため、試験後の絶縁体の乾燥が容易であるが、液面からの蒸発も活発であるため、使用に伴って液量が徐々に減少し、その分、高価なフッ素系の不活性液体の使用量が増大してコスト増を招くという問題がある。
従来では、槽の外への蒸発を抑制するため、槽の壁を高くして、液面から槽の上端までの高さを大きくしたり、冷却凝縮法・吸着法による大規模な回収装置を設けて、蒸発気体から液体を回収するなどの方法が採用されているが、設置スペースが大きく、コストも増大する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、全数検査が可能で、検査後の処理も容易であるとともに、安価に実施することができるパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板をフッ素系不活性液体中に浸漬した状態で、前記パワーモジュール用基板に電圧をかけて耐電圧検査を行う方法であって、前記フッ素系不活性液体の液面上に、該フッ素系不活性液体より２０℃における比重が小さく、前記フッ素系不活性液体と混ざらない液体であり、沸点が前記フッ素系不活性液体の沸点に対して−３５℃〜＋４５℃の範囲である絶縁性液体からなる液膜を形成する。
【０００９】
フッ素系不活性液体の液面上に液膜を形成したことにより、この液膜によってフッ素系不活性液体の蒸発が防止される。液膜を形成する液体は、フッ素系不活性液体より比重が小さく、フッ素系不活性液体と混ざらない液体であるので、フッ素系不活性液体とは分離した状態で、その液面上に確実に液膜を形成することができる。
【００１０】
この場合、液膜を形成する液体の沸点がフッ素系不活性液体の沸点より−３５℃を超えて低いと、液膜表面からの蒸発が多くなることから、その液膜を維持するために大量の液膜が必要になって不経済であり、一方、＋４５℃を超えて高いと、耐電圧検査実施後の乾燥処理に時間を要す。この液膜を形成する液体の沸点はフッ素系不活性液体の沸点に近いほどよい。
【００１１】
本発明のパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法において、前記液膜を形成する液体の比重は、前記フッ素系不活性液体の比重より０．８以上小さいとよい。
【００１２】
液膜を形成する液体は、フッ素系不活性液体に混ざらずに分離している必要があり、フッ素系不活性液体の密度より小さくても、フッ素系不活性液体の比重に近いと、パワーモジュール用基板を浸漬する際に液膜の液体がフッ素系不活性液体中に分散して分離するまでに時間がかかるおそれがある。そのため、液膜を形成する液体は、フッ素系不活性液体より０．８以上小さい比重であるのが好ましい。
【００１３】
本発明のパワーモジュール用基板の耐電圧検査方法において、前記パワーモジュール用基板を前記フッ素系不活性液体に浸漬する際に、該フッ素系不活性液体中に超音波振動を付与するとよい。
【００１４】
パワーモジュール用基板をフッ素系不活性液体に浸漬する際には、フッ素系不活性液体の前に液膜を通過するため、液膜を形成している液体が外面に付着した状態でフッ素系不活性液体に浸漬される。特に、液膜との界面からの距離が浅い位置で耐電圧検査を実施しようとすると、液膜を形成する液体を付着したまま検査される場合があり、検査結果に誤りを生じるおそれがある。
超音波振動を付与することで、パワーモジュール用基板に付着した液膜の液体を外表面から払い落として浮上させることができ、正確な検査を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フッ素系不活性液体中で耐電圧検査するので、全数検査が可能であるとともに、フッ素系不活性液体の液面上に液膜を形成して、フッ素系不活性液体の蒸発を抑制するので、高価なフッ素系不活性液体の消費量を少なくして安価に実施することができ、しかも、液膜を形成している液体の沸点がフッ素系不活性液体と近いので、検査後の乾燥も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の検査方法が適用されるパワーモジュール用基板の例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の検査方法を実施するための検査装置の例を示す断面図である。
【図３】第２実施形態の検査方法を実施するための検査装置の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
予め、本発明の耐電圧検査方法が適用されるパワーモジュール用基板１の例を図１により説明しておくと、パワーモジュール用基板１は、セラミックス基板２の一方の面に回路層３が接合されるとともに、セラミックス基板２の他方の面に放熱層４が接合された構成である。セラミックス基板２には、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用いることができ、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定される。
【００１８】
回路層３及び放熱層４には、例えば純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる、厚さが０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内に設定された金属板が用いられ、セラミックス基板２にＡｌ−Ｓｉ系等のろう材を介してろう付け接合される。これら金属板には銅又は銅合金を用いる場合もあり、また、回路層３、放熱層４とも多層の積層構造とされることもある。
また、セラミックス基板２の片面に回路層３のみが接合されてパワーモジュール用基板を構成する場合もあり、本発明では、回路層、放熱層を区別することなく、金属層と称している。
そして、このパワーモジュール用基板１には、回路層３に半導体素子５が搭載され、放熱層４にヒートシンク６が接合される。
【００１９】
このようなパワーモジュール用基板１についての第１実施形態の耐電圧検査方法を実施するための耐電圧検査装置は、例えば図２に示す構成とされる。
この耐電圧検査装置１０は、フッ素系不活性液体を貯留する液槽１１と、この液槽１１の内底部に立設された第１電極１２と、この第１電極１２に対向する第２電極１３と、この第２電極１３を第１電極１２に対して離間接近する方向に移動可能に支持する電極支持部１４と、両電極１２，１３間に電圧を印加する電源１５とを有しており、各種計測器、安全装置等を有する制御装置１６が備えられる。
また、液槽１１の外底面に、液槽に超音波振動を付与するための超音波振動子１７が設けられている。
【００２０】
次に、この耐電圧検査装置１０を用いてパワーモジュール用基板１の耐電圧を検査する方法について説明する。
耐電圧検査装置１０の液槽１１内にフッ素系不活性液体２１を貯留する。このフッ素系不活性液体２１としては、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）構造を持つ液体が用いられ、商品名フロリナート（住友スリーエム株式会社製）が好適に用いられる。例えば、ＦＣ７７０（沸点９５℃、密度（２５℃）１．７９ｇ／ｃｍ３）、ＦＣ７７（沸点９７℃、密度（２５℃）１．７８ｇ／ｃｍ３）等を用いることができる。
【００２１】
また、このフッ素系不活性液体２１の液面上に液膜２２を形成する。
この液膜２２を形成するための液体は、フッ素系不活性液体２１より比重が小さく、フッ素系不活性液体２１と混ざらない（フッ素を含まない）絶縁性液体である。
その比重は、フッ素系不活性液体２１に混ざらずに分離させるために、フッ素系不活性液体２１の比重より０．８以上小さいとよい。特に比重１以下のものが好ましい。
【００２２】
また、沸点は、フッ素系不活性液体２１の沸点より−３５℃〜＋４５℃の範囲であるとよい。−３５℃を超えて沸点が低いと、液膜２２表面からの蒸発が多くなることから、その液膜２２を維持するために大量の液膜が必要になって不経済であり、＋４５℃を超えて沸点が高いと、耐電圧検査実施後の乾燥処理に時間を要すことになるためである。この液膜２２を形成する液体の沸点は、フッ素系不活性液体２１の沸点に近いほどよい。
なお、液膜２２は、例えば、直径２９０ｍｍの円形の液槽１１に、フッ素系不活性液体２１が１５０ｍｍの深さで貯留され、その上に、５ｍｍ〜２０ｍｍの厚さで形成される。
【００２３】
この液膜２２として上記の性質を有する液体には、炭化水素類、アルコール類、酢酸エステル類、ケトン類、その他グリコールエーテル類等が用いられる。これらの具体的物質名とその物性を表１に列挙する。
【００２４】
【表１】
0006455273.tif 000002
【００２５】
なお、ペンタン、ジエチルエーテルなども比重が小さい（ペンタンが０．６３、ジエチルエーテルが０．７１）が、沸点が低すぎて（ペンタンが３６、ジエチルエーテルが３５）、引火性が増し、危険であるため好ましくない。
【００２６】
このようにしてフッ素系不活性液体２１の液面を液膜２２により覆った状態とし、両電極１２，１３間にパワーモジュール用基板１を挟んだ状態にフッ素系不活性液体２１に浸漬する。このパワーモジュール用基板１の浸漬時には、超音波振動子１７からフッ素系不活性液体２１に超音波振動を付与する。
そして、両電極１２，１３を通して回路層３と放熱層４間に電圧を印加する。通常の耐電圧検査では、印加電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶの交流電圧であり、例えば１分間印加したとき、規定の電流値以下であれば、正常と判定される。
【００２７】
この耐電圧検査において、パワーモジュール用基板１をフッ素系不活性液体２１に浸漬する際に、液膜２２を通過するため、液膜２２とフッ素系不活性液体２１との界面が一時的に乱されるが、この液膜２２を形成している液体は、フッ素系不活性液体２１より比重が小さく、フッ素系不活性液体２１と混ざらない液体であるので、フッ素系不活性液体２１とは分離した状態で、その液面上に確実に液膜２２を形成することができる。
【００２８】
この場合、液膜２２の液体がパワーモジュール用基板１の表面に付着した状態でフッ素系不活性液体２１中に浸漬された場合でも、この液膜２２を形成している液体の比重がフッ素系不活性液体２１の比重に比べて十分に（０．８以上）小さいので、パワーモジュール用基板１の表面から確実に脱離し、浮力により上昇して液膜２２として分離する。また、超音波振動が付与されることにより、パワーモジュール用基板１に付着した液膜２２の液体を外表面から確実に払い落として浮上させることができる。この超音波振動の付与は、パワーモジュール用基板１をフッ素系不活性液体２１に浸漬させる際、及び浸漬後の短時間の間だけでよく、電圧印加時は停止しておく。
【００２９】
したがって、液膜２２を形成している液体が混ざることなく、フッ素系不活性液体２１中で耐電圧検査を実施できるので、正確な耐電圧検査を行うことができる。
このため、フッ素系不活性液体２１の深さが浅い場合でも液膜２２の液体を付着させたまま検査することを防止でき、高価なフッ素系不活性液体２１の使用量を少なくすることが可能である。
【００３０】
耐電圧検査の終了後は、パワーモジュール用基板１を液槽１１から引き上げ、パワーモジュール用基板１の表面に付着したフッ素系不活性液体２１及び液膜２２の液体を除去するために、熱風をパワーモジュール用基板１に吹き付けるなどの方法によって乾燥する。
液膜２２を形成している液体は、フッ素系不活性液体２１と沸点が近く、フッ素系不活性液体２１の沸点より−３５℃〜＋４５℃の範囲の沸点のものが用いられているので、フッ素系不活性液体２１と同様、速やかに蒸発して除去される。
【００３１】
なお、液膜２２を形成している液体の沸点は、低すぎると、連続する耐電圧検査において蒸発量が多くなって、液膜２２がすぐに消失するので、適度な量の液膜２２を維持するために−３５℃以内の沸点差であるのが好ましい。一方、耐電圧検査実施後の乾燥処理時間をフッ素系不活性液体２１と同程度とするために、＋４５℃を超えない沸点差であるのが好ましい。
この液膜２２を形成している液体は耐電圧検査中に蒸発して液膜２２が減少するが、フッ素系不活性液体２１に比べて非常に安価であるため、コストへの影響は少ない。
【００３２】
以上説明したように、この耐電圧検査方法によれば、フッ素系不活性液体２１中で検査するので、全数検査が可能であるとともに、液膜２２によりフッ素系不活性液体２１の蒸発を抑制するので、高価なフッ素系不活性液体２１の消費量を少なくして安価に実施することができる。しかも、液膜２２を形成している液体の沸点がフッ素系不活性液体２１と近いので、検査後の乾燥も容易である。
【００３３】
図３はパワーモジュール用基板についての第２実施形態の耐電圧検査方法を実施するための耐電圧検査装置を示している。
前述の第１実施形態では、パワーモジュール用基板の両面に電極を配置して厚さ方向の耐電圧を検査したが、第２実施形態では、パワーモジュール用基板８として、セラミックス基板２の一方の面に回路層（金属層）３Ａ，３Ｂが二つに分離して間隔をあけて配置されており、耐電圧検査装置３０の両電極１２，１３が二つの回路層３Ａ，３Ｂに接触され、これら回路層３Ａ，３Ｂ間の耐電圧を検査している。
図３中符号３１はパワーモジュール用基板８を載置する絶縁体の支持台を示す。フッ素系不活性液体２１、液膜２２等の他の構成は第１実施形態と同様である。
【００３４】
この実施形態のように、本発明は、第１実施形態のようにパワーモジュール用基板の両面から厚さ方向に耐電圧検査する場合に限らず、パワーモジュール用基板の片面において面方向に耐電圧検査する場合にも適用することができる。
いずれの場合も、全数検査が可能であるとともに、液膜２２によりフッ素系不活性液体２１の蒸発を抑制するので、高価なフッ素系不活性液体２１の消費量を少なくして安価に実施することができ、検査後の乾燥も容易である。
【実施例】
【００３５】
液膜を形成する液体として、沸点、比重の異なる表２に示す試料を用いて、直径２９０ｍｍの液槽にフッ素系不活性液体としてフロリナート（住友スリーエム株式会社製）ＦＣ７７０（沸点：９６℃、比重：１．８）を貯留し、その上に厚さ１０ｍｍの液膜を形成し、分離性、乾燥性、消費度合を評価した。
【００３６】
（分離性）
パワーモジュール用基板を浸漬した後、液膜が分離するまでの時間を計測し、３秒以内に分離したものを「○」、３秒経過してもなお分離していなかったものを「×」とした。
【００３７】
（乾燥性）
パワーモジュール用基板を浸漬した後引き上げて、７０℃の熱風を吹き付けて乾燥までの時間を計測した。３０秒以内に乾燥し、しみも残らなかったものを「○」、３０秒経っても乾燥しないか、しみが残ったものを「×」とした。
【００３８】
（消費度合）
また、パワーモジュール用基板の浸漬、引き上げを５０回繰り返した後の液膜の厚さを測定し、初期厚さに対して８０％以上の厚さであったものを「○」とし、８０％未満の厚さであったものを「×」とした。
結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
0006455273.tif 000003
【００４０】
この表２から、液膜を形成する液体の沸点がフッ素系不活性液体の沸点に対して−３５℃〜＋４５℃の範囲であると、速やかに乾燥され、液膜の消費も少ないことがわかる。また、液膜を形成する液体とフッ素系不活性液体との比重差が０．８以上あると、パワーモジュール用基板を浸漬後に速やかに分離している。
【符号の説明】
【００４１】
１  パワーモジュール用基板
２  セラミックス基板
３  回路層（金属層）
３Ａ，３Ｂ  回路層（金属層）
４  放熱層（金属層）
５  半導体素子
６  ヒートシンク
８  パワーモジュール用基板
１０  耐電圧検査装置
１１  液槽
１２  第１電極
１３  第２電極
１４  電極支持部
１５  電源
１６  制御装置
１７  超音波振動子
２１  フッ素系不活性液体
２２  液膜
３０  耐電圧検査装置
３１  支持台
【図１】
0006455273.tif 000004
【図２】
0006455273.tif 000005
【図３】
0006455273.tif 000006