JP2006005239A - Heat exchange insulating member - Google Patents

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silicon
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Tsuneaki Minamiguchi
経昭 南口
Hiroyoshi Sugawara
博好 菅原
Tomoaki Nakano
知章 仲野
Hiroshi Ishiyama
弘 石山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive heat exchange insulating member which electrically insulates two members having a temperature gradient therebetween and efficiently transfers heat from a high temperature portion to a low temperature portion. <P>SOLUTION: The heat exchange insulating member comprises a high temperature portion 4, a low temperature portion 2 in which a temperature is lower than that of the high temperature portion 4, and an amorphous carbon-silicon member 3 which is arranged on at least a portion of a border between the high temperature portion 4 and the low temperature portion 2 and includes C and Si. The amorphous carbon/silicon member 3 electrically insulates the high temperature portion 4 from the low temperature portion 2 and carries out a heat exchange between the high temperature portion 4 and the low temperature portion 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、温度差のある複数の部材を電気絶縁する一方、各部材間の熱移動を効率よく行う熱交換絶縁部材に関する。   The present invention relates to a heat exchange insulating member that electrically insulates a plurality of members having temperature differences and efficiently performs heat transfer between the members.

例えば、特許文献1には、高い電気絶縁性を備える樹脂材料が記載されている。特許文献2には、高い電気絶縁性を備えるアルミニウム(Al)合金が記載されている。なお、このAlの表面には陽極酸化処理がなされている。特許文献3には、水素(H)と珪素(Si)とを含むアモルファス炭素皮膜が記載されている。
特開2000−195337号公報 特開2000−349320号公報 特開平05−339731号公報
For example, Patent Document 1 describes a resin material having high electrical insulation. Patent Document 2 describes an aluminum (Al) alloy having high electrical insulation. The Al surface is anodized. Patent Document 3 describes an amorphous carbon film containing hydrogen (H) and silicon (Si).
JP 2000-195337 A JP 2000-349320 A Japanese Patent Laid-Open No. 05-39731

しかし、例えば特許文献1に記載されているような樹脂材料の放熱性は低かった。また、特許文献2には、Al合金の放熱性に関しては開示されていない。ところで、特許文献3には、高い耐摩耗性および高い耐焼付性を有するアモルファス炭素が記載されている。しかし、特許文献3には、電気絶縁性および放熱性に関しては何も開示されていない。これに対し、セラミックは高い電気絶縁性と高い放熱性とを併有している。しかしながら、セラミックは非常に高価である。   However, for example, the heat dissipation of a resin material as described in Patent Document 1 is low. Patent Document 2 does not disclose the heat dissipation of the Al alloy. Incidentally, Patent Document 3 describes amorphous carbon having high wear resistance and high seizure resistance. However, Patent Document 3 does not disclose anything regarding electrical insulation and heat dissipation. In contrast, ceramics have both high electrical insulation and high heat dissipation. However, ceramic is very expensive.

したがって、本発明の目的は、廉価で、かつ高い電気絶縁性と高い放熱性とを有する熱交換絶縁部材を提供すること、である。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat exchange insulating member that is inexpensive and has high electrical insulation and high heat dissipation.

本発明の熱交換絶縁部材は、上記課題を克服すべくなされたものであり、高温部と、該高温部より低温の低温部と、該高温部と該低温部との境界の少なくとも一部に配置され、炭素(C)とSiとを含むアモルファス炭素−珪素部材と、を備え、該アモルファス炭素−珪素部材は、該高温部と該低温部とを電気絶縁し、かつ該高温部と該低温部とを熱交換させることを特徴とする。   The heat exchange insulating member of the present invention has been made to overcome the above-described problems, and is provided on at least a part of the high temperature part, the low temperature part lower than the high temperature part, and the boundary between the high temperature part and the low temperature part. And an amorphous carbon-silicon member including carbon (C) and Si, wherein the amorphous carbon-silicon member electrically insulates the high temperature portion and the low temperature portion, and the high temperature portion and the low temperature portion. It is characterized by exchanging heat with the part.

すなわち、本発明を構成するアモルファス炭素−珪素部材はCとSiとを含むことにより、高い電気絶縁性と高い放熱性とを備えるものである。   That is, the amorphous carbon-silicon member which comprises this invention is provided with high electrical insulation and high heat dissipation by containing C and Si.

本発明の熱交換絶縁部材によると、廉価で、温度差のある二つの部材を電気絶縁し、かつ効率良く高温部から低温部へ放熱させることができる。   According to the heat exchange insulating member of the present invention, it is inexpensive and can electrically insulate two members having a temperature difference and efficiently dissipate heat from the high temperature portion to the low temperature portion.

本発明の熱交換絶縁部材は、種々の電子機器、電化製品さらには車両などに組み込まれる。   The heat exchange insulating member of the present invention is incorporated in various electronic devices, electrical appliances, vehicles, and the like.

(インバータ冷却装置と半導体モジュール)
以下、EHV(Electric and Hybrid Vehicle)における、本発明の熱交換絶縁部材をインバータ冷却装置と半導体モジュールとして具体化した実施形態を説明する。
(Inverter cooling device and semiconductor module)
Hereinafter, an embodiment in which the heat exchange insulating member of the present invention is embodied as an inverter cooling device and a semiconductor module in EHV (Electric and Hybrid Vehicle) will be described.

図1は、EHVにおける、インバータ冷却装置と半導体モジュールとの断面図である。図2は、図1中のAの拡大図である。本発明の熱交換絶縁部材の高温部は、半導体モジュール4に相当する。熱交換絶縁部材の低温部は、冷却板2に相当する。アモルファス炭素−珪素部材は、冷却装置の本体1の全面に形成される皮膜3である。以下、図1の冷却装置について説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an inverter cooling device and a semiconductor module in EHV. FIG. 2 is an enlarged view of A in FIG. The high temperature part of the heat exchange insulating member of the present invention corresponds to the semiconductor module 4. The low temperature part of the heat exchange insulating member corresponds to the cooling plate 2. The amorphous carbon-silicon member is a coating 3 formed on the entire surface of the main body 1 of the cooling device. Hereinafter, the cooling device of FIG. 1 will be described.

半導体モジュール4は二つの冷却板2の間に挟まれるように配置されている。LLC(Long Life Coolant)は冷却装置の本体1の中を循環している。冷却板2の内部にも矢印の方向にLLCが流れる。半導体モジュール4からの熱は皮膜3を通して冷却板2に伝わる。さらにその熱は冷却板2からLLCに伝わり放熱部5へと伝わる。放熱部5において、LLCの熱は放熱される。そして、放熱されたLLCは再び冷却装置の本体1の中を循環する。   The semiconductor module 4 is disposed so as to be sandwiched between the two cooling plates 2. The LLC (Long Life Coolant) circulates in the main body 1 of the cooling device. LLC also flows inside the cooling plate 2 in the direction of the arrow. Heat from the semiconductor module 4 is transmitted to the cooling plate 2 through the coating 3. Further, the heat is transferred from the cooling plate 2 to the LLC and transferred to the heat radiating portion 5. In the heat radiating part 5, the heat of LLC is radiated. Then, the radiated LLC is circulated through the main body 1 of the cooling device again.

以上の工程が繰り返されることにより、半導体モジュール4は冷却される。すなわち、皮膜3を通じて、半導体モジュール4と冷却板2との間で熱交換が行われる。   The semiconductor module 4 is cooled by repeating the above steps. That is, heat exchange is performed between the semiconductor module 4 and the cooling plate 2 through the coating 3.

(アモルファス炭素−珪素部材)
以下、本発明の熱交換絶縁部材の構成要素であるアモルファス炭素−珪素部材の種々の実施形態について説明する。
(Amorphous carbon-silicon member)
Hereinafter, various embodiments of the amorphous carbon-silicon member which is a component of the heat exchange insulating member of the present invention will be described.

本発明のアモルファス炭素−珪素部材はCとSiとを含む。電気絶縁性の観点から、好ましいSi/C質量%比は0.43以上である。また、Si/C質量%比を0.43以上としたのは、後述する実験により明らかになったことであるが、Si/C質量%比が0.43以上になると電気絶縁性が高くなるからである。   The amorphous carbon-silicon member of the present invention contains C and Si. From the viewpoint of electrical insulation, the preferred Si / C mass% ratio is 0.43 or more. In addition, the Si / C mass% ratio of 0.43 or more was clarified by experiments to be described later. However, when the Si / C mass% ratio is 0.43 or more, the electrical insulation becomes high. Because.

また、電気絶縁性の観点から、アモルファス炭素−珪素部材は、Hを含んでいることが好ましい。さらに、より好ましいHの含有率は20at%以上である。なぜなら、Hの含有率は20at%未満であると、アモルファス炭素−珪素部材の表面に電気絶縁性の低いグラファイト成分が多く形成されるからである。   Moreover, it is preferable that the amorphous carbon-silicon member contains H from a viewpoint of electrical insulation. Furthermore, the more preferable content rate of H is 20 at% or more. This is because if the H content is less than 20 at%, many graphite components having low electrical insulation are formed on the surface of the amorphous carbon-silicon member.

また、電気絶縁性の観点から、好ましいアモルファス炭素−珪素部材の密度は2.0g/cm以上である。 From the viewpoint of electrical insulation, the preferable density of the amorphous carbon-silicon member is 2.0 g / cm 3 or more.

ところで、アモルファス炭素−珪素部材の形態は、高温部と低温部との間に挟まれる薄板でも良いし、高温部の表面および低温部の表面の少なくとも一方に形成される皮膜でも良い。アモルファス炭素−珪素部材は皮膜という形態(以下、適宜「アモルファス炭素−珪素皮膜」と称する)においても、高い電気絶縁性と高い放熱性とを備える。   By the way, the form of the amorphous carbon-silicon member may be a thin plate sandwiched between the high temperature part and the low temperature part, or may be a film formed on at least one of the surface of the high temperature part and the surface of the low temperature part. The amorphous carbon-silicon member has high electrical insulation and high heat dissipation even in the form of a film (hereinafter referred to as “amorphous carbon-silicon film” as appropriate).

以下、アモルファス炭素−珪素皮膜としての実施形態を説明する。電気絶縁性の観点から、好ましいアモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚は7.6μm以上である。より好ましい膜厚は、10μm以上である。   Hereinafter, an embodiment as an amorphous carbon-silicon film will be described. From the viewpoint of electrical insulation, the preferred amorphous carbon-silicon film thickness is 7.6 μm or more. A more preferable film thickness is 10 μm or more.

母材に対するアモルファス炭素−珪素皮膜の形成方法として、イオンプレーティング、スパッタリング、イオンビームなどを用いたPVD(物理真空蒸着)法、さらには熱、光、プラズマ等を利用したCVD(化学真空蒸着)法が挙げられる。   PVD (physical vacuum deposition) using ion plating, sputtering, ion beam, and CVD (chemical vacuum deposition) using heat, light, plasma, etc. Law.

CVD法を用いることにより、より厚いアモルファス炭素−珪素皮膜を形成することができる。また、CVD法を用いることにより、複雑な形状を備える母材に対しても皮膜を均一に形成することができる。したがって、アモルファス炭素−珪素皮膜の形成方法として、CVD法を用いるのが好ましい。   By using the CVD method, a thicker amorphous carbon-silicon film can be formed. Further, by using the CVD method, a film can be uniformly formed even on a base material having a complicated shape. Therefore, it is preferable to use the CVD method as a method for forming the amorphous carbon-silicon film.

以下、プラズマを利用したCVD法によるアモルファス炭素−珪素皮膜の形成工程を説明する。まず、密閉容器に母材を配置し、容器内を例えば0.001Pa以下まで排気する。つぎに、水素(H2)などの昇温用ガスを導入する。そして、プラズマエネルギーを発生させることにより、母材を昇温させる。それから、密閉容器内に皮膜形成ガスを導入する。そこで、皮膜形成ガスを放電させることにより、母材表面に膜を形成させる。ここで、皮膜形成ガスは、原料混合ガスと雰囲気ガスとからなる。なお、原料混合ガスとして、炭素化合物ガスと珪素化合物ガスとを用いることができる。炭素化合物ガスとしてメタン(CH)、その他の炭化水素ガス(CmHn)等を用いることができる。また珪素化合物ガスとして、テトラメチルシラン(Si(CH)、シラン(SiH)、四塩化珪素(SiCl)等を用いることができる。雰囲気ガスとして、H2、アルゴン(Ar)等を用いることができる。 Hereinafter, the formation process of the amorphous carbon-silicon film by the CVD method using plasma will be described. First, a base material is placed in a sealed container, and the inside of the container is evacuated to 0.001 Pa or less, for example. Next, a temperature raising gas such as hydrogen (H 2 ) is introduced. Then, the base material is heated by generating plasma energy. Then, a film forming gas is introduced into the sealed container. Therefore, a film is formed on the surface of the base material by discharging the film forming gas. Here, the film-forming gas is composed of a raw material mixed gas and an atmospheric gas. A carbon compound gas and a silicon compound gas can be used as the raw material mixed gas. As the carbon compound gas, methane (CH 4 ), other hydrocarbon gas (CmHn), or the like can be used. Further, tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ), silane (SiH 4 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ), or the like can be used as the silicon compound gas. As the atmospheric gas, H 2 , argon (Ar), or the like can be used.

(高温部、低温部)
以下、本発明の熱交換絶縁部材の構成要素である高温部、低温部の種々の実施形態について説明する。
(High temperature part, low temperature part)
Hereinafter, various embodiments of the high-temperature part and the low-temperature part which are components of the heat exchange insulating member of the present invention will be described.

本発明の構成要素である高温部および低温部は、高温部の温度が低温部の温度より高い、ことを満たすものであれば、限定する他の要素を持つものではない。例えば、高温部および低温部は気体、液体、固体のいずれの状態でも良い。さらに、低温部は、冷却管に限定されるものではなく、ファンなどにより作り出される送風でも良い。   The high-temperature part and the low-temperature part, which are constituent elements of the present invention, do not have other elements to be limited as long as the temperature of the high-temperature part is higher than the temperature of the low-temperature part. For example, the high temperature part and the low temperature part may be in any state of gas, liquid, and solid. Furthermore, the low temperature part is not limited to the cooling pipe, but may be air blown by a fan or the like.

アモルファス炭素−珪素部材を皮膜として限定した場合、高温部および低温部の少なくとも一方は母材となる。母材としては、例えば超硬合金、鉄系金属、Al合金、チタン(Ti)合金、セラミック等を用いることができる。ここで、Alとアモルファス炭素−珪素皮膜の成分であるSiとの密着性は高い。したがって、アモルファス炭素−珪素皮膜の母材としては、AlもしくはAl合金が好ましい。   When the amorphous carbon-silicon member is limited as a film, at least one of the high temperature portion and the low temperature portion is a base material. As the base material, for example, cemented carbide, iron-based metal, Al alloy, titanium (Ti) alloy, ceramic, or the like can be used. Here, adhesion between Al and Si which is a component of the amorphous carbon-silicon film is high. Accordingly, Al or an Al alloy is preferable as the base material of the amorphous carbon-silicon film.

なお、適用環境に合わせて、高温部、低温部、アモルファス炭素−珪素部材の形状、状態などは適宜変更もしくは改良可能である。したがって、本発明の汎用性は非常に高い。   In addition, according to an application environment, the shape of a high temperature part, a low temperature part, an amorphous carbon-silicon member, a state, etc. can be changed or improved suitably. Therefore, the versatility of the present invention is very high.

以下、本発明を実施例により、詳細に説明する。しかし、下記の実施例は本発明を限定するものではない。当業者が行い得る様々な変形および改良を加えて実施することも可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples do not limit the present invention. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art can also be implemented.

本発明の熱交換絶縁部材におけるアモルファス炭素−珪素部材の電気特性および熱特性の実験に関して説明する。本実験においては、高温部として、熱抵抗測定試験における測定装置内のヒーターを用いる。低温部は、Al(JIS規格:A3003)板である。アモルファス炭素−珪素皮膜は、Al板の表面に形成されている。   The experiment of the electrical characteristics and thermal characteristics of the amorphous carbon-silicon member in the heat exchange insulating member of the present invention will be described. In this experiment, the heater in the measuring device in the thermal resistance measurement test is used as the high temperature part. The low temperature part is an Al (JIS standard: A3003) plate. The amorphous carbon-silicon film is formed on the surface of the Al plate.

(実施例の形成工程)
以下、プラズマCVD法を用いたサンプルの形成工程について説明する。なお、実施例のサンプルは16個用意した。表1に示される実施例1〜16は、各16個のサンプルのアモルファス炭素−珪素皮膜に相当するものである。
(Formation process of Example)
Hereinafter, a sample forming process using the plasma CVD method will be described. In addition, 16 samples of Examples were prepared. Examples 1 to 16 shown in Table 1 correspond to amorphous carbon-silicon films of 16 samples each.

アモルファス炭素−珪素皮膜の形成方法として、まず、密閉容器内にサンプルの母材となるAl板を配置した。そして、0.001Pa以下まで真空排気を行った。つぎに、ヒーターとプラズマエネルギーとを用いてAl板を昇温させた。そして、H2とArとの混合ガスをグロー放電させイオン衝撃によりAl板の表面をクリーニングした。なお、このクリーニングは、Al板表面の汚れを除去しAl板表面に均一な皮膜を形成することを目的とする。これにより皮膜におけるピンホールの形成を防ぐことができる。さらに、密閉容器内に皮膜形成ガスを導入しグロー放電させた。これにより、Al板表面にアモルファス炭素−珪素皮膜を形成させた。ここで、皮膜形成ガスは、原料混合ガスと雰囲気ガスとからなる。本実験では、原料混合ガスとして、CHとSi(CHとからなるガスを用いた。また、雰囲気ガスとしてH2とArとからなる混合ガスを用いた。形成後、大気中に取り出せる温度まで真空容器とサンプルとを冷却した。最後に、サンプルを真空容器内から取り出した。 As a method for forming an amorphous carbon-silicon film, first, an Al plate serving as a sample base material was placed in a sealed container. And evacuation was performed to 0.001 Pa or less. Next, the Al plate was heated using a heater and plasma energy. Then, a mixed gas of H 2 and Ar was glow-discharged to clean the surface of the Al plate by ion bombardment. The purpose of this cleaning is to remove dirt on the surface of the Al plate and form a uniform film on the surface of the Al plate. Thereby, formation of pinholes in the film can be prevented. Further, a film forming gas was introduced into the sealed container to cause glow discharge. Thereby, an amorphous carbon-silicon film was formed on the surface of the Al plate. Here, the film-forming gas is composed of a raw material mixed gas and an atmospheric gas. In this experiment, a gas composed of CH 4 and Si (CH 3 ) 4 was used as a raw material mixed gas. A mixed gas composed of H 2 and Ar was used as the atmospheric gas. After formation, the vacuum vessel and the sample were cooled to a temperature that could be taken out into the atmosphere. Finally, the sample was taken out from the vacuum container.

なお、16個のサンプルの形成工程における相違点は、原料混合ガスの成分比と、皮膜の形成時間である。原料混合ガスの成分比を制御することにより、アモルファス炭素−珪素皮膜のSi/C質量%比を調整することができる。例えば、原料混合ガス中のSi(CH成分の割合を高くすることにより、Si/C質量%比を高くすることができる。また、皮膜の形成時間を制御することにより、アモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚を調整することができる。例えば、皮膜の形成時間を長くすることにより、アモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚を厚くすることができる。すなわち、各サンプルにおける、アモルファス炭素−珪素皮膜のSi/C質量%比の違いは、原料混合ガスの成分比の違いによるものである。また、各サンプルにおける、アモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚の違いは、皮膜の形成時間の違いによるものである。 The difference in the process of forming 16 samples is the component ratio of the raw material mixed gas and the film formation time. By controlling the component ratio of the raw material mixed gas, the Si / C mass% ratio of the amorphous carbon-silicon film can be adjusted. For example, the Si / C mass% ratio can be increased by increasing the proportion of the Si (CH 3 ) 4 component in the raw material mixed gas. Further, the film thickness of the amorphous carbon-silicon film can be adjusted by controlling the film formation time. For example, the film thickness of the amorphous carbon-silicon film can be increased by increasing the film formation time. That is, the difference in the Si / C mass% ratio of the amorphous carbon-silicon film in each sample is due to the difference in the component ratio of the raw material mixed gas. Moreover, the difference in the film thickness of the amorphous carbon-silicon film in each sample is due to the difference in the film formation time.

そこで、原料混合ガスの成分比と皮膜の形成時間とを制御することにより、それぞれ異なる16個のサンプルを作成した。なお、実施例1〜16のSi/C質量%比はEPMA〈メーカ:島津製作所、型式:EPMA1600〉を用いて測定した。   Therefore, 16 different samples were prepared by controlling the component ratio of the raw material mixed gas and the film formation time. In addition, Si / C mass% ratio of Examples 1-16 was measured using EPMA (manufacturer: Shimadzu Corporation, model: EPMA1600).

(比較例)
以下、比較例1〜3の説明をする。比較例1は窒化珪素のセラミック板である。比較例2はポリプロピレンの樹脂製絶縁シートである。比較例3はアモルファス炭素からなる皮膜である。この皮膜の母材はCuの表面にニッケル−リン(Ni−P)めっきしたものである。また、皮膜の形成方法としてスパッタリングによるPVD法を用いた。
(Comparative example)
Hereinafter, Comparative Examples 1 to 3 will be described. Comparative Example 1 is a silicon nitride ceramic plate. Comparative Example 2 is a polypropylene resin insulating sheet. Comparative Example 3 is a film made of amorphous carbon. The base material of this film is a surface of Cu plated with nickel-phosphorus (Ni-P). Moreover, PVD method by sputtering was used as a method for forming the film.

比較例1〜3および実施例1〜16の実験結果を表1に示す。   The experimental results of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 16 are shown in Table 1.

Figure 2006005239
(特性評価方法)
以下、測定装置について簡単に記載する。比較例1〜3および実施例1〜13の膜厚は渦電流式膜厚計〈メーカ:ケット科学研究所、型式:LH−300J〉を用いて測定した。実施例14〜16の膜厚は段差計〈メーカ:東京精密、型式:SURFCOM 3000A〉を用いて測定した。絶縁耐圧は短時間絶縁破壊試験機〈メーカ:日化テクノサービス、型式:HAT−300−100RHO形〉を用いて測定した。短時間絶縁破壊試験にともなう昇圧速度は122V/secであった。なお、絶縁耐圧が高いほど、電気絶縁性は高い。絶縁耐圧の測定は比較例1〜3および実施例1〜9に対して行った。熱抵抗は熱抵抗測定試験より求めた。なお、熱抵抗の測定は、比較例1〜3および実施例10〜13に対して行った。
Figure 2006005239
(Characteristic evaluation method)
Hereinafter, the measuring apparatus will be briefly described. The film thicknesses of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 13 were measured using an eddy current film thickness meter (maker: Kett Science Laboratory, model: LH-300J). The film thicknesses of Examples 14 to 16 were measured using a step gauge (manufacturer: Tokyo Seimitsu, model: SURFCOM 3000A). The withstand voltage was measured using a short-time dielectric breakdown tester (manufacturer: Nikka Techno Service, model: HAT-300-100RHO type). The pressure increase rate associated with the short-time dielectric breakdown test was 122 V / sec. Note that the higher the withstand voltage, the higher the electrical insulation. The insulation withstand voltage was measured for Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 9. The thermal resistance was obtained from a thermal resistance measurement test. In addition, the measurement of thermal resistance was performed with respect to Comparative Examples 1-3 and Examples 10-13.

Hの含有率は、RBS(ラザフォード後方散乱分析法)およびHFS(水素前方散乱分析法)〈メーカ:日新ハイボルテージ、型式:AN−2500〉を用いて測定した。RBSとHFSとを併用することによりHを含む物質の組成等を精度良く測定することができる。なお、Hの含有率の測定は比較例3および実施例14〜16に対して行った。   The H content was measured using RBS (Rutherford Backscattering Analysis) and HFS (Hydrogen Forward Scattering Analysis) <Manufacturer: Nissin High Voltage, Model: AN-2500>. By using RBS and HFS in combination, the composition of a substance containing H can be accurately measured. In addition, the measurement of the content rate of H was performed with respect to the comparative example 3 and Examples 14-16.

密度は計算式:皮膜の形成前後の質量変化/(膜厚×形成面積)を用いて導出した。なお、比較例3の密度および実施例1〜13の密度を求めた。   The density was derived using the formula: mass change before and after film formation / (film thickness x formation area). In addition, the density of the comparative example 3 and the density of Examples 1-13 were calculated | required.

(実験結果)
以下、上記の測定装置により得られた実施例1〜16の皮膜特性の結果を説明する。
(Experimental result)
Hereinafter, the result of the film | membrane characteristic of Examples 1-16 obtained by said measuring apparatus is demonstrated.

実施例1、4、6、9に関して、前記短時間絶縁破壊試験機により求めた絶縁耐圧を図3、図4に示す。なお、実施例1、4、6、9のいずれの膜厚も20μmである。図3より、Si/C質量%比が高くなるほど、絶縁耐圧は高くなることが判る。つまり、Si/C質量%比が高くなるほど、電気絶縁性は高くなる。以下、実施例1と実施例4とを比較する。実施例1のSi/C質量%比は0.25で、実施例4のSi/C質量%比は0.43である。実施例1の絶縁耐圧は1.0kVで、実施例4の絶縁耐圧は1.8kVである。実施例4の絶縁耐圧は実施例1の絶縁耐圧より、はるかに高いことが判る。したがって、電気絶縁性という観点から好ましいSi/C質量%比は、0.43以上であるといえる。   With respect to Examples 1, 4, 6, and 9, the withstand voltage obtained by the short-time dielectric breakdown tester is shown in FIGS. In addition, all the film thicknesses of Examples 1, 4, 6, and 9 are 20 μm. FIG. 3 shows that the withstand voltage increases as the Si / C mass% ratio increases. That is, the higher the Si / C mass% ratio, the higher the electrical insulation. Hereinafter, Example 1 and Example 4 are compared. The Si / C mass% ratio of Example 1 is 0.25, and the Si / C mass% ratio of Example 4 is 0.43. The withstand voltage of Example 1 is 1.0 kV, and the withstand voltage of Example 4 is 1.8 kV. It can be seen that the withstand voltage of Example 4 is much higher than that of Example 1. Therefore, it can be said that the Si / C mass% ratio preferable from the viewpoint of electrical insulation is 0.43 or more.

さらに、図4より、密度が高くなるほど、絶縁耐圧は高くなることが判る。以下、実施例1と実施例4とを比較する。実施例1の密度は1.9g/cmで、実施例4の密度は2.0g/cmである。実施例1の絶縁耐圧は1.0kVで、実施例4の絶縁耐圧は1.8kVである。実施例4の絶縁耐圧は実施例1の絶縁耐圧より、はるかに高いことが判る。したがって、電気絶縁性という観点から好ましい密度は、2.0g/cm以上であるといえる。 Furthermore, it can be seen from FIG. 4 that the withstand voltage increases as the density increases. Hereinafter, Example 1 and Example 4 are compared. The density of Example 1 is 1.9 g / cm 3 and the density of Example 4 is 2.0 g / cm 3 . The withstand voltage of Example 1 is 1.0 kV, and the withstand voltage of Example 4 is 1.8 kV. It can be seen that the withstand voltage of Example 4 is much higher than that of Example 1. Therefore, it can be said that a preferable density from the viewpoint of electrical insulation is 2.0 g / cm 3 or more.

実施例2〜5および7〜9に関して、前記短時間絶縁破壊試験機により求めた絶縁耐圧を図5に示す。なお、実施例2〜5のSi/C質量%比は0.43である。実施例7〜9のSi/C質量%比は1.0である。Si/C質量%比が一定であれば、膜厚が厚くなるほど、絶縁耐圧は高くなる。このことは図5より判る。以下、実施例7と実施例8とを比較する。実施例7の膜厚は5.3μmで、実施例8の膜厚は7.6μmである。実施例7の絶縁耐圧は1.0kVで、実施例8の絶縁耐圧は1.5kVである。実施例8の絶縁耐圧は実施例7の絶縁耐圧より、はるかに高いことが判る。したがって、電気絶縁性という観点から好ましい膜厚は、7.6μm以上であるといえる。   With respect to Examples 2 to 5 and 7 to 9, the withstand voltage obtained by the short time dielectric breakdown tester is shown in FIG. In addition, Si / C mass% ratio of Examples 2-5 is 0.43. The Si / C mass% ratio of Examples 7 to 9 is 1.0. If the Si / C mass% ratio is constant, the withstand voltage increases as the film thickness increases. This can be seen from FIG. Hereinafter, Example 7 and Example 8 are compared. The film thickness of Example 7 is 5.3 μm, and the film thickness of Example 8 is 7.6 μm. The withstand voltage of Example 7 is 1.0 kV, and the withstand voltage of Example 8 is 1.5 kV. It can be seen that the withstand voltage of Example 8 is much higher than that of Example 7. Therefore, it can be said that a preferable film thickness is 7.6 μm or more from the viewpoint of electrical insulation.

図5より、実施例2と実施例3とを比較する。実施例2の膜厚は3μmで、実施例3の膜厚は10μmである。実施例2の絶縁耐圧は1.0kVで、実施例3の絶縁耐圧は1.7kVである。実施例3の絶縁耐圧は実施例2の絶縁耐圧より、はるかに高いことが判る。したがって、電気絶縁性という観点から、より好ましい膜厚は、10μm以上であるといえる。   From FIG. 5, Example 2 and Example 3 are compared. The film thickness of Example 2 is 3 μm, and the film thickness of Example 3 is 10 μm. The withstand voltage of Example 2 is 1.0 kV, and the withstand voltage of Example 3 is 1.7 kV. It can be seen that the withstand voltage of Example 3 is much higher than that of Example 2. Therefore, it can be said that a more preferable film thickness is 10 μm or more from the viewpoint of electrical insulation.

実施例10〜13に関して、熱抵抗測定試験により求めた熱抵抗を図6に示す。図6より、膜厚が厚くなるほど、熱抵抗は高くなることが判る。なお、実施例10〜13のいずれの熱抵抗も低かった。すなわち、実施例10〜13のいずれの放熱性も高かった。   The thermal resistance calculated | required by the thermal resistance measurement test regarding Examples 10-13 is shown in FIG. FIG. 6 shows that the thermal resistance increases as the film thickness increases. In addition, any thermal resistance of Examples 10-13 was low. That is, all the heat dissipation of Examples 10-13 was high.

ところで、実施例14〜16は28〜32at%のHを含む。なお、電気絶縁性の観点から、より好ましいHの含有率は20at%以上である。実施例14〜16のいずれも、20at%以上のHを含むものであった。   By the way, Examples 14 to 16 contain 28 to 32 at% of H. From the viewpoint of electrical insulation, a more preferable H content is 20 at% or more. All of Examples 14 to 16 contained 20 at% or more of H.

(実施例と比較例との比較)
以下、実験結果に基づいて、実施例と、比較例1〜3とを比較し考察する。
(Comparison between Examples and Comparative Examples)
Hereinafter, based on an experimental result, an Example and Comparative Examples 1-3 are compared and considered.

まず、実施例のアモルファス炭素−珪素皮膜と比較例1の窒化珪素のセラミック板とを比較する。電気絶縁性と放熱性との観点から、アモルファス炭素−珪素皮膜は、窒化珪素のセラミック板に及ばない。しかし、アモルファス炭素−珪素の皮膜は、低コストで母材に形成可能である。アモルファス炭素−珪素の皮膜形成にかかるコストは、比較例1の窒化珪素のセラミック板にかかるコストの1/10〜1/5である。   First, the amorphous carbon-silicon film of the example and the silicon nitride ceramic plate of Comparative Example 1 are compared. From the viewpoints of electrical insulation and heat dissipation, the amorphous carbon-silicon coating does not reach the silicon nitride ceramic plate. However, the amorphous carbon-silicon coating can be formed on the base material at low cost. The cost for forming the amorphous carbon-silicon film is 1/10 to 1/5 of the cost for the silicon nitride ceramic plate of Comparative Example 1.

つぎに、実施例のアモルファス炭素−珪素皮膜と比較例2のポリプロピレンの樹脂製絶縁シートとを比較する。アモルファス炭素−珪素皮膜の絶縁耐圧は、ポリプロピレンの樹脂製絶縁シートの絶縁耐圧より低い。しかし、アモルファス炭素−珪素皮膜の熱抵抗は、ポリプロピレンの樹脂製絶縁シートの熱抵抗よりはるかに低い。換言すると、アモルファス炭素−珪素皮膜の放熱性は、ポリプロピレンの樹脂製絶縁シートの放熱性よりはるかに高い。   Next, the amorphous carbon-silicon film of the example and the polypropylene resin insulating sheet of Comparative Example 2 are compared. The withstand voltage of the amorphous carbon-silicon film is lower than that of the polypropylene resin insulating sheet. However, the thermal resistance of the amorphous carbon-silicon film is much lower than that of the polypropylene resin insulating sheet. In other words, the heat dissipation of the amorphous carbon-silicon film is much higher than that of the polypropylene resin insulating sheet.

さらに、実施例のアモルファス炭素−珪素皮膜と比較例3のアモルファス炭素皮膜とを比較する。表1より、アモルファス炭素−珪素皮膜の絶縁耐圧はアモルファス炭素皮膜の絶縁耐圧以上である。しかし、アモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚とアモルファス炭素皮膜の膜厚とが同じである場合、アモルファス炭素−珪素皮膜の絶縁耐圧はアモルファス炭素皮膜の絶縁耐圧よりはるかに高い。これは表1より、実施例3(膜厚:10μm、絶縁耐圧:1.7kV)と比較例3(膜厚:10μm、絶縁耐圧:1.0kV)とを比較することにより判る。また、アモルファス炭素−珪素皮膜の熱抵抗はアモルファス炭素皮膜の熱抵抗より低い。つまり、アモルファス炭素−珪素皮膜の放熱性はアモルファス炭素皮膜の放熱性より高い。このように、アモルファス炭素−珪素皮膜の膜厚とアモルファス炭素皮膜の膜厚とが同じである場合、アモルファス炭素−珪素皮膜の電気絶縁性と放熱性は、アモルファス炭素皮膜の電気絶縁性と放熱性よりはるかに高い。   Furthermore, the amorphous carbon-silicon film of the example and the amorphous carbon film of Comparative Example 3 are compared. From Table 1, the withstand voltage of the amorphous carbon-silicon film is higher than the withstand voltage of the amorphous carbon film. However, when the film thickness of the amorphous carbon-silicon film and the film thickness of the amorphous carbon film are the same, the withstand voltage of the amorphous carbon-silicon film is much higher than the withstand voltage of the amorphous carbon film. This can be seen from Table 1 by comparing Example 3 (film thickness: 10 μm, withstand voltage: 1.7 kV) with Comparative Example 3 (film thickness: 10 μm, withstand voltage: 1.0 kV). The thermal resistance of the amorphous carbon-silicon film is lower than that of the amorphous carbon film. That is, the heat dissipation of the amorphous carbon-silicon film is higher than that of the amorphous carbon film. Thus, when the film thickness of the amorphous carbon-silicon film and the film thickness of the amorphous carbon film are the same, the electric insulation and heat dissipation of the amorphous carbon-silicon film are the same as the electric insulation and heat dissipation of the amorphous carbon film. Much higher.

EHVにおける、インバータ冷却装置と半導体モジュールとの断面図である。It is sectional drawing of an inverter cooling device and a semiconductor module in EHV. 図1中のAの拡大図である。It is an enlarged view of A in FIG. 実施例1、4、6、9に関する、Si/C質量%比と電気絶縁性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Si / C mass% ratio and electrical insulation regarding Example 1, 4, 6, 9. FIG. 実施例1、4、6、9に関する、密度と電気絶縁性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a density and electrical insulation regarding Examples 1, 4, 6, and 9. 実施例2〜5および実施例7〜9の膜厚と電気絶縁性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of Examples 2-5 and Examples 7-9 and electrical insulation. 実施例10〜13の膜厚と電気絶縁性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of Examples 10-13, and electrical insulation.

符号の説明Explanation of symbols

1:冷却装置の本体 2:冷却板 3:皮膜
4:半導体モジュール 5:放熱部
1: Body of cooling device 2: Cooling plate 3: Film 4: Semiconductor module 5: Heat radiation part

Claims (8)

高温部と、該高温部より低温の低温部と、該高温部と該低温部との境界の少なくとも一部に配置され、炭素(C)と珪素(Si)とを含むアモルファス炭素−珪素部材と、を備え、該アモルファス炭素−珪素部材は、該高温部と該低温部とを電気絶縁し、かつ該高温部と該低温部とを熱交換させることを特徴とする熱交換絶縁部材。   An amorphous carbon-silicon member including carbon (C) and silicon (Si) disposed at least at a part of a boundary between the high temperature part, a low temperature part lower than the high temperature part, and the high temperature part and the low temperature part; , And the amorphous carbon-silicon member electrically insulates the high temperature portion from the low temperature portion, and heat exchanges between the high temperature portion and the low temperature portion. 前記アモルファス炭素−珪素部材はさらに水素(H)を含み、該アモルファス炭素−珪素部材のSi/C重量%比は0.43以上である請求項1に記載の熱交換絶縁部材。   The heat exchange insulating member according to claim 1, wherein the amorphous carbon-silicon member further contains hydrogen (H), and the Si / C weight percent ratio of the amorphous carbon-silicon member is 0.43 or more. 前記アモルファス炭素−珪素部材は、前記Hを20at%以上含有する請求項2に記載の熱交換絶縁部材。   The heat exchange insulating member according to claim 2, wherein the amorphous carbon-silicon member contains 20 at% or more of the H. 前記アモルファス炭素−珪素部材の密度は、2.0g/cm3 以上である請求項1に記載の熱交換絶縁部材。 The heat exchange insulating member according to claim 1, wherein the density of the amorphous carbon-silicon member is 2.0 g / cm 3 or more. 前記アモルファス炭素−珪素部材は、前記高温部の表面あるいは前記低温部の表面の少なくとも一方に形成されるアモルファス炭素−珪素皮膜であり、該アモルファス炭素−珪素皮膜の厚さは7.6μm以上である請求項1に記載の熱交換絶縁部材。   The amorphous carbon-silicon member is an amorphous carbon-silicon film formed on at least one of the surface of the high temperature part or the surface of the low temperature part, and the thickness of the amorphous carbon-silicon film is 7.6 μm or more. The heat exchange insulating member according to claim 1. 前記アモルファス炭素−珪素皮膜の厚さは10μm以上である請求項5に記載の熱交換絶縁部材。   The heat exchange insulating member according to claim 5, wherein the amorphous carbon-silicon film has a thickness of 10 μm or more. 前記アモルファス炭素−珪素皮膜はプラズマCVD法により形成される請求項5に記載の熱交換絶縁部材。   The heat exchange insulating member according to claim 5, wherein the amorphous carbon-silicon film is formed by a plasma CVD method. 前記高温部は半導体モジュールであり、前記低温部は該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる冷却管である請求項1に記載の熱交換絶縁部材。   The heat exchange insulating member according to claim 1, wherein the high temperature part is a semiconductor module, and the low temperature part is a cooling pipe through which a refrigerant for cooling the semiconductor module flows.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009226426A (en) * 2008-03-21 2009-10-08 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Copper tube for cross fin tube heat-exchanger
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