JP2012082443A - Thermal spraying apparatus, and coating film forming method - Google Patents

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泰徳 二宮
Toshiki Ito
伊藤  俊樹
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal spraying apparatus capable of adequately cooling a base material without increasing the size of the apparatus.SOLUTION: When forming a coating film on a coating-film forming face 2a of a semi-conductor module 2 by thermal spraying, the semi-conductor module 2 is held by a holding member 5 so that a part of the semi-conductor module 2 including the coating film forming face 2a is located above the liquid surface of cooling water. Thus, the semi-conductor module 2 can be cooled with cooling water having the specific heat higher than that of a cooling gas such as air, and the cooling efficiency can be enhanced in comparison with a case of cooling the semi-conductor module 2 with air. Therefore, the semi-conductor module 2 does not need to firmly held and fixed by the holding member 5. As a result, a base material can be adequately cooled without increasing the size of the entire thermal spraying apparatus.

Description

本発明は、溶射によって基材の被膜形成対象面に被膜を形成する溶射装置、および、溶射によって基材の被膜形成対象面に被膜を形成する被膜形成方法に関する。   The present invention relates to a thermal spraying apparatus that forms a coating on a surface of a substrate on which a film is to be formed by thermal spraying, and a coating formation method that forms a coating on the surface of a substrate on which a film is to be formed.

従来、金属やセラミック等の膜用材料を加熱して溶解し、溶解した膜用材料を基材に吹き付ける溶射によって、基材に膜用材料の被膜を形成する溶射装置が知られている。例えば、特許文献1には、基材としての円筒状の金属製薄肉パイプ(以下、単にパイプと記載する)の外表面に被膜を形成する溶射装置が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a thermal spraying apparatus that forms a film of a film material on a substrate by spraying the film material such as metal or ceramic by heating and melting the sprayed film material onto the substrate. For example, Patent Document 1 discloses a thermal spraying apparatus that forms a coating on the outer surface of a cylindrical metal thin pipe (hereinafter simply referred to as a pipe) as a base material.

この特許文献1の溶射装置では、パイプを保持固定するための中空円筒状の中子(保持部材)をパイプの内部に嵌挿しておき、パイプの外表面に被膜を形成する際に、中子の内部に冷却用空気を流通させてパイプを冷却している。これにより、溶射時におけるパイプの熱変形や溶損の抑制を図っている。   In this thermal spraying apparatus of Patent Document 1, a hollow cylindrical core (holding member) for holding and fixing a pipe is fitted into the pipe, and the core is formed when a coating is formed on the outer surface of the pipe. The cooling air is circulated inside the pipe to cool the pipe. Thereby, the thermal deformation and melting loss of the pipe at the time of thermal spraying are suppressed.

特開平10−158810号公報JP-A-10-158810

ところで、基材に吹き付けられる膜用材料は、例えば、特許文献1のプラズマ溶射装置のようにプラズマを熱源として溶解されると、10000℃を超える高温に達することもある。そのため、特許文献1の溶射装置において、基材(パイプ)の熱変形や溶損を確実に抑制するためには、大流量の冷却用空気を流す必要がある。   By the way, the film material sprayed on the base material may reach a high temperature exceeding 10,000 ° C. when it is melted by using plasma as a heat source as in the plasma spraying apparatus of Patent Document 1, for example. Therefore, in the thermal spraying apparatus of Patent Document 1, it is necessary to flow a large flow of cooling air in order to reliably suppress thermal deformation and melting damage of the base material (pipe).

さらに、特許文献1では、基材(パイプ)の内部に中子(保持部材)を嵌挿して保持固定しているので、大流量の冷却用空気を流したとしても、冷却用空気によって基材が吹き飛ばされてしまうことを抑制しやすい。しかしながら、基材が板状部材等で形成されている場合には、基材が大流量の冷却用空気によって吹き飛ばされることのないように、基材を強固に保持することのできる保持部材が必要となる。   Further, in Patent Document 1, since a core (holding member) is fitted and held inside the base material (pipe), even if a large amount of cooling air is flowed, the base material is cooled by the cooling air. It is easy to suppress that is blown away. However, when the base material is formed of a plate-like member or the like, a holding member that can firmly hold the base material is required so that the base material is not blown away by a large flow of cooling air. It becomes.

このような、大流量の冷却用空気を流すための構成や、基材の強固な保持を実現する保持部材を採用することは、溶射装置全体としての大型化を招く原因となる。   Employing such a configuration for flowing a large amount of cooling air and a holding member that realizes a firm holding of the base material causes an increase in the size of the thermal spraying apparatus as a whole.

さらに、基材を強固に保持するために保持部材を大型化させると、基材の被膜形成対象面近傍の保持部材の表面積が増加して、保持部材にも被膜が形成されてしまうおそれがある。このように保持部材に被膜が形成されてしまうと、溶射の後に保持部材から被膜を除去するメンテナンス作業が必要となり、基材に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を招いてしまう。   Furthermore, when the holding member is enlarged in order to hold the base material firmly, the surface area of the holding member in the vicinity of the surface of the base material on which the film is to be formed increases, and a film may be formed on the holding member. . If the coating film is formed on the holding member in this way, a maintenance work for removing the coating film from the holding member after spraying is required, and the work process for forming the coating film on the substrate is complicated.

上記点に鑑み、本発明は、大型化を招くことなく基材を適切に冷却可能な溶射装置を提供することを第1の目的とする。   In view of the above points, a first object of the present invention is to provide a thermal spraying apparatus capable of appropriately cooling a substrate without causing an increase in size.

また、本発明は、基材に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を招くことのない被膜形成方法を提供することを第2の目的とする。   In addition, a second object of the present invention is to provide a film forming method that does not cause a complicated work process when forming a film on a substrate.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、融解された膜用材料を基材(2)に吹き付ける溶射によって基材(2)の被膜形成対象面(2a)に膜用材料の被膜を形成する溶射装置であって、
被膜形成対象面(2a)に対して融解された膜用材料を噴射する溶射ガン(3)と、基材(2)を保持する保持部材(5)と、基材(2)を冷却する冷却用液体が流れる冷却用液体通路を形成するケース(4)とを備え、
保持部材(5)は、被膜形成対象面(2a)を含む基材(2)の一部が冷却用液体の液面より上方に位置付けられた状態で、基材(2)を保持することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the film material is applied to the surface (2a) of the base material (2) by spraying the melted film material onto the base material (2). A thermal spraying device for forming a coating,
Thermal spray gun (3) for injecting a melted film material onto the film formation target surface (2a), a holding member (5) for holding the base material (2), and cooling for cooling the base material (2) A case (4) that forms a cooling liquid passage through which the liquid for liquid flows,
The holding member (5) holds the substrate (2) in a state where a part of the substrate (2) including the film formation target surface (2a) is positioned above the liquid surface of the cooling liquid. Features.

これによれば、基材(2)に被膜を形成する際に、空気等の冷却用気体に対して比熱の大きい冷却用液体によって基材(2)を冷却するので、冷却用気体にて冷却する場合に対して、冷却効率を高めることができる。従って、小流量の冷却用液体によって基材(2)を適切に冷却することができる。   According to this, when forming the coating film on the base material (2), the base material (2) is cooled by the cooling liquid having a large specific heat with respect to the cooling gas such as air. The cooling efficiency can be increased as compared with the case of doing so. Therefore, the base material (2) can be appropriately cooled by the cooling liquid having a small flow rate.

さらに、大流量の冷却用気体にて冷却する場合のように、保持部材(5)によって基材(2)を強固に保持固定する必要も生じない。その結果、溶射装置全体としての大型化を招くことなく基材を適切に冷却することができる。   Furthermore, it is not necessary to firmly hold and fix the base material (2) by the holding member (5) as in the case of cooling with a large flow rate of cooling gas. As a result, the base material can be appropriately cooled without increasing the size of the thermal spraying apparatus as a whole.

しかも、保持部材(5)が基材(2)を保持する際に、少なくとも被膜形成対象面(2a)を含む基材(2)の一部が冷却用液体の液面より上方に位置付けられるように基材(2)を保持しているので、基材(2)のうち被膜形成対象面(2a)以外の部位および保持部材(5)を冷却用液体中に水没させた状態で、基材(2)を保持することができる。   In addition, when the holding member (5) holds the base material (2), at least a part of the base material (2) including the film formation target surface (2a) is positioned above the liquid level of the cooling liquid. Since the base material (2) is held in the base material (2), the base material (2) other than the film formation target surface (2a) and the holding member (5) are submerged in the cooling liquid. (2) can be held.

そして、この状態で、溶射ガン(3)から膜用材料を噴射すれば、基材(2)および保持部材(5)のうち冷却用液体中に水没している部位に被膜が形成されることがない。従って、保持部材(5)に被膜が形成されてしまうことを抑制でき、溶射の後に保持部材(5)から被膜を除去するメンテナンス作業を不要とすることができる。その結果、基材(2)に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を回避できる。   In this state, if the film material is sprayed from the spray gun (3), a coating film is formed on the substrate (2) and the holding member (5) that are submerged in the cooling liquid. There is no. Therefore, it can suppress that a film is formed in a holding member (5), and the maintenance operation | work which removes a film from a holding member (5) after thermal spraying can be made unnecessary. As a result, it is possible to avoid complication of work steps when forming a film on the substrate (2).

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の溶射装置において、保持部材(5)は、基材(2)の下方側に当接して保持する保持面(5a)を有し、保持面(5a)には、その表裏を貫通して冷却用液体を通過させる貫通穴が形成されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to the first aspect, the holding member (5) has a holding surface (5a) that holds and contacts the lower side of the base material (2), and holds the holding member (5). The surface (5a) is formed with a through-hole that passes through the front and back surfaces and allows the cooling liquid to pass therethrough.

これによれば、保持面(5a)に貫通穴が形成されているので、保持部材(5)を冷却用液体中に水没させた際に、保持面(5a)と基材(2)との間に気泡が混じることによって、被膜形成対象面(2a)以外の部位に被膜が形成されてしまうことや、基材(2)の保持部材(5)に対する位置ずれが生じてしまうこと等の不具合を抑制できる。   According to this, since the through hole is formed in the holding surface (5a), when the holding member (5) is submerged in the cooling liquid, the holding surface (5a) and the base material (2) Problems such as the formation of a film on a portion other than the film formation target surface (2a) and the displacement of the base material (2) relative to the holding member (5) due to air bubbles mixed in between. Can be suppressed.

請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の溶射装置において、基材(2)は、板状に形成されており、保持部材(5)は、互いに離間して配置された複数の基材(2)を保持することを特徴する。   In invention of Claim 3, in the thermal spraying apparatus of Claim 1 or 2, the base material (2) is formed in plate shape, and the holding member (5) was arrange | positioned mutually spaced apart. It is characterized by holding a plurality of base materials (2).

これによれば、同時に複数の基材(2)に被膜を形成することができる。さらに、複数の基材(2)が互いに離間して配置された状態で保持部材に保持されるので、被膜によって隣接する基材(2)同士が接合されてしまうことを抑制できる。   According to this, a film can be simultaneously formed on a plurality of base materials (2). Furthermore, since a some base material (2) is hold | maintained at the holding member in the state spaced apart from each other, it can suppress that the adjacent base materials (2) are joined by a film.

請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の溶射装置において、保持部材(5)は、複数の基材(2)の間に配置されて、隣り合う基材(2)同士の接触を防止する仕切部材(7)を有し、仕切部材(7)の上方側端部は、基材(2)の上面よりも上方側まで延びていることを特徴とする。これにより、被膜によって隣接する基材(2)同士が接合されてしまうことを確実に抑制できる。   In invention of Claim 4, in the thermal spraying apparatus of Claim 3, a holding member (5) is arrange | positioned between several base materials (2), and contact between adjacent base materials (2) is carried out. It has the partition member (7) which prevents that, and the upper side edge part of the partition member (7) is extended to the upper side rather than the upper surface of a base material (2), It is characterized by the above-mentioned. Thereby, it can suppress reliably that the base materials (2) which adjoin by a film will be joined.

請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の溶射装置において、基材(2)および仕切部材(7)を鉛直方向から見たときに、基材(2)および仕切部材(7)の間には隙間が設けられており、隙間の寸法をSとし、前記基材(2)の鉛直方向の厚み寸法をTとしたときに、
0<S/T≦0.25
となっていることを特徴とする。
In invention of Claim 5, in the thermal spraying apparatus of Claim 4, when a base material (2) and a partition member (7) are seen from a perpendicular direction, a base material (2) and a partition member (7) There is a gap between them, and when the dimension of the gap is S and the thickness dimension in the vertical direction of the substrate (2) is T,
0 <S / T ≦ 0.25
It is characterized by becoming.

これによれば、基材(2)と仕切部材(7)との間に隙間が設けられているので、被膜によって基材(2)と仕切部材(7)が被膜によって接合されてしまうことを抑制できる。さらに、後述する実施形態に詳述するように、仕切部材(7)と仕切部材(7)との間に配置される基材(2)が、溶射ガン(3)から噴射される膜用材料の噴射流によって吹き飛ばされてしまうことを抑制できる。   According to this, since a gap is provided between the base material (2) and the partition member (7), the base material (2) and the partition member (7) are joined by the coating film. Can be suppressed. Further, as will be described in detail in the embodiments described later, the base material (2) disposed between the partition member (7) and the partition member (7) is a film material sprayed from the spray gun (3). Can be prevented from being blown off by the jet flow.

請求項6に記載の発明では、請求項4または5に記載の溶射装置において、さらに、それぞれの前記仕切部材(7)の上端部には、前記基材(2)側に突出する突出部(7a)が設けられていることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to the fourth or fifth aspect, the upper end portion of each partition member (7) further includes a protruding portion that protrudes toward the base material (2). 7a) is provided.

これにより、仕切部材(7)と仕切部材(7)との間に配置される基材(2)が、溶射ガン(3)から噴射される膜用材料の噴射流によって吹き飛ばされてしまうことを抑制できる。   Thereby, the base material (2) arrange | positioned between a partition member (7) and a partition member (7) will be blown away by the injection flow of the film | membrane material injected from a spray gun (3). Can be suppressed.

請求項7に記載の発明では、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の溶射装置において、保持部材(5)を振動させる保持部材振動手段(8)を備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to any one of the first to sixth aspects, a holding member vibrating means (8) for vibrating the holding member (5) is provided.

これにより、基材(2)を保持部材(5)とともに振動させることができるので、隣接する基材(2)同士、あるいは、隣接する基材(2)と仕切部材(7)が被膜によって接合されてしまうことを抑制できる。   Thereby, since a base material (2) can be vibrated with a holding member (5), adjacent base materials (2) or adjacent base materials (2) and a partition member (7) are joined by a film. Can be suppressed.

請求項8に記載の発明では、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の溶射装置において、ケース(4)は、溶射ガン(3)から噴射される膜用材料の流れによって冷却用液体の液面が波打つことを抑制する制波板(4)を有していることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the thermal spraying device according to any one of the first to seventh aspects, the case (4) has a cooling liquid by a flow of film material sprayed from the thermal spray gun (3). It has the wave-control plate (4) which suppresses that the liquid level of undulations.

これによれば、液面の波打ちによって被膜形成対象面(2a)に冷却用液体の水滴が付着してしまうことを抑制して、被膜形成不良を抑制できる。   According to this, it can suppress that the water droplet of the cooling liquid adheres to the film formation object surface (2a) by the wave surface of a liquid surface, and can suppress film formation defect.

請求項9に記載の発明では、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の溶射装置において、冷却用液体を予め定めた所定の方向へ流す冷却用液体圧送手段(4c)と、基材(2)を、冷却用液体の流れ方向のうちの水平方向成分に対して逆方向に移動させる基材搬送手段(6)とを備えることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the cooling liquid pumping means (4c) for flowing the cooling liquid in a predetermined direction, and the substrate (2) is provided with the base material conveyance means (6) which moves to a reverse direction with respect to the horizontal direction component among the flow directions of a cooling liquid, It is characterized by the above-mentioned.

これによれば、冷却用液体の流れ方向と基材(2)の移動方向が逆向きになるので、温度の低い側へ基材(2)を移動させることができ、基材(2)を効率的に冷却することができる。   According to this, since the flow direction of the cooling liquid and the moving direction of the base material (2) are opposite to each other, the base material (2) can be moved to the lower temperature side, and the base material (2) can be moved. It can be cooled efficiently.

さらに、請求項10に記載の発明のように、請求項9に記載の溶射装置において、基材搬送手段(6)は、保持部材(5)を移動させることによって、保持部材(5)とともに基材(2)を移動させるようになっていてもよい。   Further, as in the invention described in claim 10, in the thermal spraying apparatus described in claim 9, the base material transport means (6) moves together with the holding member (5) by moving the holding member (5). The material (2) may be moved.

また、請求項11に記載の発明では、融解された膜用材料を溶射ガン(3)から噴射して、保持部材(5)に保持された基材(2)の被膜形成対象面(2a)に膜用材料の被膜を形成する被膜形成方法であって、
基材(2)を冷却する冷却用液体が流れる冷却用液体通路を形成するケース(4)を用意しておき、保持部材(5)によって基材(2)を保持する保持工程と、保持工程の後に、溶射ガン(3)から膜用材料を被膜形成対象面(2a)へ吹き付ける溶射工程とを有し、保持工程では、被膜形成対象面(2a)を含む基材(2)の一部を冷却用液体の液面より上方に位置付けた状態で、基材(2)を保持することを特徴とする。
In the invention according to claim 11, the film formation target surface (2a) of the base material (2) held by the holding member (5) by spraying the melted film material from the spray gun (3). A film forming method for forming a film of a film material on
A case (4) for forming a cooling liquid passage through which a cooling liquid for cooling the base material (2) flows is prepared, and a holding step for holding the base material (2) by the holding member (5), and a holding step And a spraying step of spraying a film material from the spray gun (3) onto the film formation target surface (2a). In the holding step, a part of the substrate (2) including the film formation target surface (2a) Is held above the liquid level of the cooling liquid, and the substrate (2) is held.

これによれば、保持工程にて、保持部材(5)に基材(2)を保持させる際に、被膜形成対象面(2a)を含む基材(2)の一部を冷却用液体の液面より上方に位置付けられるように保持させているので、基材(2)の一部および保持部材(5)を冷却用液体中に水没させた状態で、基材(2)を保持することができる。   According to this, when the holding member (5) holds the base material (2) in the holding step, a part of the base material (2) including the film formation target surface (2a) is removed from the liquid for cooling. Since the substrate (2) is held so as to be positioned above the surface, the substrate (2) can be held in a state where a part of the substrate (2) and the holding member (5) are submerged in the cooling liquid. it can.

そして、この状態で、溶射ガン(3)から膜用材料を噴射すれば、基材(2)および保持部材(5)のうち冷却用液体中に水没している部位に被膜が形成されることもない。従って、保持部材(5)に被膜が形成されてしまうことを抑制でき、溶射の後に保持部材(5)から被膜を除去するメンテナンス作業を不要とすることができる。その結果、基材(2)に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を回避できる。   In this state, if the film material is sprayed from the spray gun (3), a coating film is formed on the substrate (2) and the holding member (5) that are submerged in the cooling liquid. Nor. Therefore, it can suppress that a film is formed in a holding member (5), and the maintenance operation | work which removes a film from a holding member (5) after thermal spraying can be made unnecessary. As a result, it is possible to avoid complication of work steps when forming a film on the substrate (2).

なお、この欄および特許請求の範囲に記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態の溶射装置の全体構成を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the whole structure of the thermal spraying apparatus of 1st Embodiment. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 第2実施形態における図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 1 in 2nd Embodiment. 第2実施形態の半導体モジュール、保持部材および仕切部材の上面図である。It is a top view of the semiconductor module of 2nd Embodiment, a holding member, and a partition member. 図3のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG. 半導体モジュールが傾いた際の図3のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG. 3 when a semiconductor module inclines. 第3実施形態における図3のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of Drawing 3 in a 3rd embodiment. 第4実施形態における図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 1 in 4th Embodiment. 第4実施形態の変形例における図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 1 in the modification of 4th Embodiment. 第5実施形態における図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 1 in 5th Embodiment. 第2実施形態の仕切部材の変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the modification of the partition member of 2nd Embodiment.

(第1実施形態)
図1、2により、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態の溶射装置1の全体構成を示す斜視図である。本実施形態では、この溶射装置1を、平板状に形成された半導体モジュール2の表面に、セラミック被膜を形成するために用いている。従って、本実施形態の基材は、半導体モジュール2であり、膜用材料はセラミックである。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment. In this embodiment, this thermal spraying device 1 is used for forming a ceramic coating on the surface of the semiconductor module 2 formed in a flat plate shape. Therefore, the base material of this embodiment is the semiconductor module 2, and the membrane material is ceramic.

この半導体モジュール2は、板状に形成された半導体チップの両面に、半導体チップの熱を放熱させる伝熱部材としての金属板をはんだ付けにより接合した、いわゆる両面冷却型半導体カードモジュールである。従って、本実施形態の被膜形成対象面2aは、半導体チップに接合された伝熱部材の外表面となる。   This semiconductor module 2 is a so-called double-sided cooling type semiconductor card module in which a metal plate as a heat transfer member for radiating heat of a semiconductor chip is joined to both surfaces of a semiconductor chip formed in a plate shape by soldering. Therefore, the film formation target surface 2a of the present embodiment is the outer surface of the heat transfer member bonded to the semiconductor chip.

なお、伝熱部材は、銅、タングステン等の金属で形成されており、本実施形態の溶射装置1によって、伝熱部材の外表面にセラミック被膜が形成されることにより、伝熱部材と外部との電気的絶縁がなされるとともに、伝熱部材の防錆効果等を得ることができる。   The heat transfer member is formed of a metal such as copper or tungsten, and the ceramic coating is formed on the outer surface of the heat transfer member by the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment, so that the heat transfer member and the outside In addition, it is possible to obtain the rust prevention effect of the heat transfer member.

次に、溶射装置1について説明する。溶射装置1は、半導体モジュール2の被膜形成対象面2aに対してセラミックを噴射する溶射ガン3、半導体モジュール2を冷却する冷却水が流れるケース4、このケース4内にて半導体モジュール2を保持固定する保持部材5等を有している。   Next, the thermal spraying apparatus 1 will be described. The thermal spraying apparatus 1 includes a thermal spray gun 3 that injects ceramic onto the coating formation target surface 2 a of the semiconductor module 2, a case 4 in which cooling water that cools the semiconductor module 2 flows, and a semiconductor module 2 that is held and fixed in the case 4. Holding member 5 and the like.

溶射ガン3は、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との間にアーク放電させることによって発生するプラズマを熱源として融解されたセラミックを、半導体モジュール2へ向けて噴射するものである。つまり、本実施形態の溶射装置1は、プラズマ溶射装置として構成されている。   The thermal spray gun 3 is made of a ceramic melted by using plasma generated by arc discharge between an anode anode and a cathode cathode in a working gas such as argon, nitrogen, helium (inert gas) as a heat source. Injected towards That is, the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment is configured as a plasma spraying apparatus.

さらに、溶射ガン3は、保持部材5に保持された状態の半導体モジュール2の被膜形成対象面2aに平行に溶射ガン3を移動させる移動装置3aに連結されている。これにより、溶射ガン3を複数の半導体モジュール2の被膜形成対象面2aの全域に走査させて、被膜形成対象面2aの全域に渡ってセラミック被膜を形成することができる。   Further, the thermal spray gun 3 is connected to a moving device 3 a that moves the thermal spray gun 3 in parallel with the film formation target surface 2 a of the semiconductor module 2 held by the holding member 5. Thereby, the thermal spray gun 3 can be scanned over the whole area of the film formation target surface 2a of the plurality of semiconductor modules 2, and a ceramic film can be formed over the entire area of the film formation target surface 2a.

ケース4は、耐食性に優れるステンレスで形成されており、溶射ガン2側の上面が開口しているとともに、内部に冷却水である冷却水が流れる冷却用液体通路を形成するものである。また、ケース4には、冷却水を冷却用液体通路内へ流入させる流入口4a、および、冷却水を冷却用液体通路内から流出(排出)させる流出口4bが設けられている。   The case 4 is made of stainless steel having excellent corrosion resistance, and has an upper surface on the thermal spray gun 2 side, and forms a cooling liquid passage through which cooling water as cooling water flows. In addition, the case 4 is provided with an inlet 4a through which cooling water flows into the cooling liquid passage and an outlet 4b through which cooling water flows out (discharges) from the cooling liquid passage.

流入口4aには、図示しない冷却水タンクから冷却水を汲み上げてケース4の冷却用液体通路へ圧送する冷却水ポンプ4cが接続されている。従って、ケース4内の冷却用液体通路へ流入した冷却水は。流入口4aから流出口4bへ向かう一定の方向に流れる。なお、冷却水としては、水、エチレングリコール水溶液、放電加工機に用いられる加工油等を採用することができる。   A cooling water pump 4 c that pumps cooling water from a cooling water tank (not shown) and pumps it to the cooling liquid passage of the case 4 is connected to the inflow port 4 a. Therefore, the cooling water flowing into the cooling liquid passage in the case 4 is. It flows in a certain direction from the inlet 4a to the outlet 4b. As the cooling water, water, an ethylene glycol aqueous solution, a processing oil used for an electric discharge machine, or the like can be used.

保持部材5は、金属ワイヤをメッシュ状に編み込んで平板状に形成したものである。この保持部材5および保持部材5による半導体モジュール2の保持状態については、図2を用いて説明する。なお、図2は、図1のA−A断面の一部を模式的に図示した断面図である。   The holding member 5 is formed in a flat plate shape by braiding metal wires into a mesh shape. The holding member 5 and the holding state of the semiconductor module 2 by the holding member 5 will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the AA cross section of FIG.

保持部材5には、その上面に複数の半導体モジュール2の下方側の底面(すなわち被膜形成対称面2aの反対側の面)に当接して、複数の半導体モジュール2を保持する保持面5aが形成されている。換言すると、複数の半導体モジュール2は、被膜形成態様面2aを上面にして、保持部材5の保持面5a上に並べて配置されている。   The holding member 5 is formed with a holding surface 5a for holding the plurality of semiconductor modules 2 on the upper surface thereof, in contact with the bottom surfaces on the lower side of the plurality of semiconductor modules 2 (that is, the surface opposite to the film formation symmetrical surface 2a). Has been. In other words, the plurality of semiconductor modules 2 are arranged side by side on the holding surface 5a of the holding member 5 with the film forming aspect surface 2a as the upper surface.

この際、複数の半導体モジュール2は、互いに接触することなく離間して配置されている。また、保持部材5は、半導体モジュール2の被膜形成対象面2aを含む一部が冷却水の液面より上方に位置付けられた状態で、半導体モジュール2を保持している。このような、冷却水の液面高さの調整は、ケース4内の冷却水の量を調整することで実現できる。   At this time, the plurality of semiconductor modules 2 are spaced apart without contacting each other. In addition, the holding member 5 holds the semiconductor module 2 in a state where a part including the film formation target surface 2a of the semiconductor module 2 is positioned above the liquid level of the cooling water. Such adjustment of the coolant level can be realized by adjusting the amount of cooling water in the case 4.

例えば、ケース4内の冷却水の液面を検出する液面センサを設けておき、この液面センサの検出値に基づいて、半導体モジュール2の被膜形成対象面2aを含む一部が冷却水の液面よりも上方に位置付けられるように、フィードバック制御手法等によって冷却水ポンプ4cの圧送能力を調整すればよい。   For example, a liquid level sensor that detects the liquid level of the cooling water in the case 4 is provided, and a part of the semiconductor module 2 including the film formation target surface 2a is based on the detection value of the liquid level sensor. What is necessary is just to adjust the pumping capability of the cooling water pump 4c by a feedback control method etc. so that it may be positioned above a liquid level.

また、保持部材5は、メッシュ状に形成されていることにより、保持面5aには、その表裏を貫通して、保持面5aの反対側の面から保持面5a側へ冷却水を通過させて染み出させる複数の貫通穴が形成されている。さらに、保持部材5の下面(保持面5aの反対の面)は、保持部材5を移動させる保持部材搬送手段としての移動用ローラ6の円筒状外表面に接触している。   Further, since the holding member 5 is formed in a mesh shape, the holding surface 5a passes through the front and back surfaces thereof, and allows cooling water to pass from the surface opposite to the holding surface 5a to the holding surface 5a side. A plurality of through holes are formed to ooze out. Furthermore, the lower surface of the holding member 5 (the surface opposite to the holding surface 5 a) is in contact with the cylindrical outer surface of the moving roller 6 as a holding member conveying unit that moves the holding member 5.

移動用ローラ6は、図示しない電動モータから駆動力を得て回転し、この回転に伴って保持部材5を移動させる。さらに、本実施形態の半導体モジュール2は、保持部材5の保持面5a上に載せられた状態で保持されているので、移動用ローラ6の回転に伴って、保持部材5とともに半導体モジュール2も移動する。   The moving roller 6 rotates by obtaining a driving force from an electric motor (not shown), and moves the holding member 5 along with the rotation. Furthermore, since the semiconductor module 2 of this embodiment is held in a state of being placed on the holding surface 5 a of the holding member 5, the semiconductor module 2 moves together with the holding member 5 as the moving roller 6 rotates. To do.

つまり、移動用ローラ6は、基材搬送手段としての機能を兼ね備えている。さらに、本実施形態の移動用ローラ6は、図1に示すように、ケース4内の冷却液体用通路を流れる冷却液体の流れ方向のうち水平方向の成分(白抜き破線矢印)に対して逆方向(太実践矢印)に、保持部材5を移動させている。   That is, the moving roller 6 also has a function as a substrate conveying means. Further, as shown in FIG. 1, the moving roller 6 of the present embodiment is opposite to the horizontal component (white broken arrow) in the flow direction of the cooling liquid flowing through the cooling liquid passage in the case 4. The holding member 5 is moved in the direction (thick practice arrow).

次に、上記構成における本実施形態の溶射装置1の作動を説明する。本実施形態の溶射装置1を作動させる際には、保持部材5の保持面50a上に、複数の半導体モジュール2を離間して配置しておく。さらに、半導体モジュール2の被膜形成対象面2aを含む一部が冷却水の液面よりも上方に位置付けられるように、ケース4内の冷却水の量を調整する。具体的には、冷却水ポンプ4cの圧送能力を調整する。   Next, the operation of the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment having the above configuration will be described. When operating the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment, a plurality of semiconductor modules 2 are arranged on the holding surface 50a of the holding member 5 so as to be separated from each other. Furthermore, the amount of the cooling water in the case 4 is adjusted so that a part including the film formation target surface 2a of the semiconductor module 2 is positioned above the liquid level of the cooling water. Specifically, the pumping capacity of the cooling water pump 4c is adjusted.

この際、被膜形成対象面2aのみに被膜を形成するためには、被膜形成対象面2aのみが冷却水の液面よりも上方に位置付けられることが望ましい。ところが、冷却水の液面と被膜形成対象面2aが近づくと、何らかの理由で冷却水が飛散した際に、被膜形成対象面2aに冷却水が付着してしまうおそれがある。このような冷却水の被膜形成対象面2aへの付着は、付着した部位の被膜形成不良を招く原因となる。   At this time, in order to form a film only on the film formation target surface 2a, it is desirable that only the film formation target surface 2a is positioned above the liquid level of the cooling water. However, when the liquid level of the cooling water and the film formation target surface 2a approach, the cooling water may adhere to the film formation target surface 2a when the cooling water scatters for some reason. Such adhesion of the cooling water to the film formation target surface 2a becomes a cause of poor film formation at the part to which it adheres.

そこで、本実施形態では、半導体モジュール2の被膜形成対象面2aを含む一部が冷却水の液面よりも上方に位置付けられるようにしている。つまり、被膜形成対象面2aの他に半導体モジュール2の側面のうち上方側端部が液面より上方に位置付けられるようにして、冷却水の被膜形成対象面2aへの付着を抑制している。さらに、本実施形態の保持部材5は、冷却水中に水没した状態で、半導体モジュール2を保持している。   Therefore, in this embodiment, a part including the film formation target surface 2a of the semiconductor module 2 is positioned above the liquid level of the cooling water. That is, in addition to the film formation target surface 2a, the upper end portion of the side surface of the semiconductor module 2 is positioned above the liquid surface to suppress the adhesion of cooling water to the film formation target surface 2a. Furthermore, the holding member 5 of the present embodiment holds the semiconductor module 2 in a state where it is submerged in the cooling water.

この状態で、移動用ローラ6を回転作動させて、保持部材5とともに半導体モジュール2をケース4内の冷却液体用通路を流れる冷却液体の流れ方向に対して逆方向に移動させる。さらに、溶射ガン3から融解されたセラミックを半導体モジュール2に吹き付ける。この際、移動装置3aが、溶射ガン3を被膜形成対象面2aの全域に走査させて、被膜形成対象面2aの全域に渡ってセラミック被膜を形成する。   In this state, the moving roller 6 is rotated to move the semiconductor module 2 together with the holding member 5 in the direction opposite to the flow direction of the cooling liquid flowing through the cooling liquid passage in the case 4. Further, the ceramic melted from the spray gun 3 is sprayed onto the semiconductor module 2. At this time, the moving device 3a scans the spray gun 3 over the entire surface of the film formation target surface 2a to form a ceramic film over the entire region of the film formation target surface 2a.

本実施形態の溶射装置1は、上記の如く作動するので、以下のような優れた効果を発揮することができる。   Since the thermal spraying apparatus 1 of this embodiment operates as described above, the following excellent effects can be exhibited.

まず、本実施形態では、半導体モジュール2にセラミックの被膜を形成する際に、空気等の冷却用気体に対して比熱が大きい冷却水によって半導体モジュール2を冷却しているので、空気にて冷却する場合に対して、冷却効率を高めることができる。従って、小流量の冷却水によって半導体モジュール2を適切に冷却することができる。   First, in this embodiment, when the ceramic film is formed on the semiconductor module 2, the semiconductor module 2 is cooled by cooling water having a large specific heat with respect to a cooling gas such as air. In some cases, the cooling efficiency can be increased. Therefore, the semiconductor module 2 can be appropriately cooled with a small flow rate of cooling water.

さらに、大流量の空気にて冷却する場合のように、半導体モジュール2が大流量の空気によって吹き飛ばされてしまうことがないので、半導体モジュール2を強固に保持固定する必要がない。その結果、溶射装置全体としての大型化を招くことなく半導体モジュールを適切に冷却することができる。   Further, unlike the case of cooling with a large flow rate of air, the semiconductor module 2 is not blown away by the large flow rate of air, so there is no need to hold and fix the semiconductor module 2 firmly. As a result, the semiconductor module can be appropriately cooled without increasing the size of the thermal spraying apparatus as a whole.

しかも、保持部材5が半導体モジュール2を保持する際に、被膜形成対象面2aを含む一部が冷却水の液面より上方に位置付けられるように保持しているので、半導体モジュール2のうち被膜形成対象面2aを含まない一部および保持部材5を冷却水中に水没させた状態とすることができる。   In addition, when the holding member 5 holds the semiconductor module 2, a part including the film formation target surface 2 a is held so as to be positioned above the liquid level of the cooling water. A part not including the target surface 2a and the holding member 5 can be submerged in the cooling water.

そして、この状態で、溶射ガン3からセラミックを溶射しているので、冷却水中に水没している部位に被膜が形成されることもない。従って、保持部材5に被膜が形成されてしまうことを抑制でき、溶射の後に保持部材5から被膜を除去するメンテナンス作業を不要とすることができる。その結果、半導体モジュール2に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を回避できる。   And in this state, since the ceramic is sprayed from the spray gun 3, a film is not formed in the part immersed in cooling water. Therefore, it can suppress that a film is formed in the holding member 5, and the maintenance operation | work which removes a film from the holding member 5 after thermal spraying can be made unnecessary. As a result, it is possible to avoid complication of work steps when forming a film on the semiconductor module 2.

また、保持部材5として、保持面5aに貫通穴が形成されるメッシュ状の平板部材を採用しているので、保持部材5を冷却水中に水没させた際に、保持面5aと半導体モジュール2との間に気泡が混じることによって、被膜形成対象面2a以外の部位に被膜が形成されてしまうことや、半導体モジュール2の保持部材5に対する位置ずれが生じてしまうこと等の不具合を抑制できる。   Moreover, since the mesh-shaped flat plate member by which a through-hole is formed in the holding surface 5a is employ | adopted as the holding member 5, when the holding member 5 is submerged in cooling water, the holding surface 5a, the semiconductor module 2, and When bubbles are mixed in between, a film is formed in a portion other than the film formation target surface 2a, and a positional shift of the semiconductor module 2 with respect to the holding member 5 can be suppressed.

また、保持部材5が、複数の半導体モジュール2を保持しているので、同時に複数の半導体モジュール2に被膜を形成することができる。さらに、複数の半導体モジュール2は、互いに離間して配置された状態で保持されているので、セラミック被膜が形成された際に、被膜によって隣接する半導体モジュール2同士が接合されてしまうことを抑制できる。   Further, since the holding member 5 holds the plurality of semiconductor modules 2, a film can be formed on the plurality of semiconductor modules 2 at the same time. Furthermore, since the plurality of semiconductor modules 2 are held in a state of being spaced apart from each other, when the ceramic coating is formed, it is possible to prevent the adjacent semiconductor modules 2 from being joined by the coating. .

また、溶射ガン3から融解されたセラミックを噴射する際に、保持部材5とともに半導体モジュール2をケース4内の冷却液体用通路を流れる冷却水の流れ方向に対して逆方向に移動させているので、冷却水のうち温度の低い側へ半導体モジュール2を移動させることができ、半導体モジュール2を効率的に冷却することができる。   Further, when the molten ceramic is sprayed from the spray gun 3, the semiconductor module 2 is moved together with the holding member 5 in the direction opposite to the flow direction of the cooling water flowing through the cooling liquid passage in the case 4. The semiconductor module 2 can be moved to a lower temperature side of the cooling water, and the semiconductor module 2 can be efficiently cooled.

さらに、本実施形態では、溶射装置1を用いることによって、以下のような被膜形成方法を実現していると表現することもできる。   Furthermore, in this embodiment, it can also be expressed that the following film forming method is realized by using the thermal spraying apparatus 1.

すなわち、半導体モジュール2を冷却する冷却水が流れる冷却液体用通路を形成するケース4を用意しておき、保持部材5に半導体モジュール2を保持させる保持工程を行う。この保持工程では、被膜形成対象面2aを含む半導体モジュール2の一部を冷却水の液面より上方に位置付けた状態で、保持部材5に半導体モジュール2を保持させる。   That is, a case 4 for forming a cooling liquid passage through which cooling water for cooling the semiconductor module 2 flows is prepared, and a holding step for holding the semiconductor module 2 on the holding member 5 is performed. In this holding step, the semiconductor module 2 is held by the holding member 5 in a state where a part of the semiconductor module 2 including the film formation target surface 2a is positioned above the liquid level of the cooling water.

さらに、保持工程を行った後に、溶射ガン3から融解されたセラミックを半導体モジュール2の被膜形成対象面2aへ吹き付ける溶射工程を行うことで、半導体モジュール2にセラミックの被膜を形成する被膜形成方法を実現している。   Furthermore, after performing the holding step, a coating forming method for forming a ceramic coating on the semiconductor module 2 by performing a spraying step of spraying the ceramic melted from the spray gun 3 onto the coating formation target surface 2 a of the semiconductor module 2. Realized.

この被膜形成方法によれば、保持工程にて、保持部材5に半導体モジュール2を保持させる際に、被膜形成対象面2aを含む半導体モジュール2の一部を冷却水の液面より上方に位置付けられるように保持させているので、半導体モジュール2の一部および保持部材5を冷却水中に水没させた状態で、半導体モジュール2を保持することができる。   According to this film formation method, when the semiconductor member 2 is held by the holding member 5 in the holding step, a part of the semiconductor module 2 including the film formation target surface 2a is positioned above the liquid level of the cooling water. Therefore, the semiconductor module 2 can be held in a state where a part of the semiconductor module 2 and the holding member 5 are submerged in the cooling water.

そして、この状態で、溶射ガン3からセラミックを噴射すれば、半導体モジュール2および保持部材5のうち冷却水中に水没している部位に被膜が形成されることもない。従って、保持部材5に被膜が形成されてしまうことを抑制でき、溶射の後に保持部材5から被膜を除去するメンテナンス作業を不要とすることができる。その結果、半導体モジュール2に被膜を形成する際の作業工程の複雑化を回避できる。   In this state, if ceramic is sprayed from the thermal spray gun 3, no coating is formed on the semiconductor module 2 and the holding member 5 that are submerged in the cooling water. Therefore, it can suppress that a film is formed in the holding member 5, and the maintenance operation | work which removes a film from the holding member 5 after thermal spraying can be made unnecessary. As a result, it is possible to avoid complication of work steps when forming a film on the semiconductor module 2.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、保持部材5上の複数の半導体モジュール2のうち隣り合う半導体モジュール2の間に配置されて、隣り合う半導体モジュール2同士が接触してしまうことを防止するための仕切部材7を追加した例を説明する。この仕切部材7は、半導体モジュール2の配列方向に延びる複数枚の板状の金属(例えば、アルミニウム、銅、ステンレス)によって形成されている。
(Second Embodiment)
In this embodiment, it arrange | positions between the adjacent semiconductor modules 2 among the several semiconductor modules 2 on the holding member 5 with respect to 1st Embodiment, and adjacent semiconductor modules 2 will contact. The example which added the partition member 7 for preventing is demonstrated. The partition member 7 is formed of a plurality of plate-like metals (for example, aluminum, copper, and stainless steel) extending in the arrangement direction of the semiconductor modules 2.

具体的には、図3、図4に示すように、保持部材5および半導体モジュール2の移動方向に延びる板状の金属、および、この移動方向に直交する方向に延びる板状の金属を、各半導体モジュール2の周囲を囲むように格子状に組み合わせたものである。また、図5に示すように、仕切部材7の上方側端部は、半導体モジュール2の上面よりも上方側まで延びている。   Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, each of the plate-like metal extending in the moving direction of the holding member 5 and the semiconductor module 2 and the plate-like metal extending in the direction orthogonal to the moving direction, The semiconductor module 2 is combined in a lattice shape so as to surround the periphery. Further, as shown in FIG. 5, the upper end portion of the partition member 7 extends to the upper side from the upper surface of the semiconductor module 2.

なお、図3は、第1実施形態の図2に対応する図面である。図4は、保持部材5および仕切部材7が配置された保持部材5の上面図、すなわち溶射ガン3の噴射方向(本実施形態では、鉛直方向)から見た図である。図5は、図3のB部を模式的に拡大した拡大図である。また、図3〜5では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。   FIG. 3 is a drawing corresponding to FIG. 2 of the first embodiment. FIG. 4 is a top view of the holding member 5 in which the holding member 5 and the partition member 7 are arranged, that is, a view seen from the spraying direction of the thermal spray gun 3 (vertical direction in the present embodiment). FIG. 5 is an enlarged view schematically showing a portion B of FIG. Moreover, in FIGS. 3-5, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part as 1st Embodiment. The same applies to the following drawings.

さらに、図5に示すように、半導体モジュール2および仕切部材7を鉛直方向から見たときの半導体モジュール2および仕切部材7との間には隙間(例えば、0.1mm以上)が設けられており、この隙間寸法をSとし、半導体モジュール2の厚み寸法をTとしたときに、隙間寸法Sおよび厚み寸法Tは、以下数式F1を満たすように設定されている。   Further, as shown in FIG. 5, a gap (for example, 0.1 mm or more) is provided between the semiconductor module 2 and the partition member 7 when the semiconductor module 2 and the partition member 7 are viewed from the vertical direction. When the gap dimension is S and the thickness dimension of the semiconductor module 2 is T, the gap dimension S and the thickness dimension T are set to satisfy the following formula F1.

0<S/T≦0.25…(F1)
その他の構成および作動については、第1実施形態と同様である。
0 <S / T ≦ 0.25 (F1)
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

従って、本実施形態の溶射装置1によっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の溶射装置1によれば、その上方側端部が半導体モジュール2の上面よりも上方側まで伸びて、半導体モジュール2の周囲を囲むように格子状に形成された仕切部材7を設けているので、被膜によって隣接する半導体モジュール2同士が接合されてしまうことを確実に防止できる。   Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained by the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment. Furthermore, according to the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment, the partition member 7 is formed in a lattice shape so that its upper end extends to the upper side of the upper surface of the semiconductor module 2 and surrounds the periphery of the semiconductor module 2. Therefore, the semiconductor modules 2 adjacent to each other can be reliably prevented from being bonded to each other by the coating film.

さらに、半導体モジュール2と仕切部材7との間に隙間が設けられているので、被膜によって半導体モジュール2と仕切部材7が被膜によって接合されてしまうことも抑制できる。しかも、隙間寸法Sおよび厚み寸法Tが、数式F1を満たすように設定されているので、半導体モジュール2が溶射ガン3から噴射される膜用材料の噴射流によって吹き飛ばされてしまうことを効果的に抑制できる。   Furthermore, since the clearance gap is provided between the semiconductor module 2 and the partition member 7, it can also suppress that the semiconductor module 2 and the partition member 7 are joined by a film with a film. In addition, since the gap dimension S and the thickness dimension T are set so as to satisfy the formula F1, it is effectively prevented that the semiconductor module 2 is blown away by the jet flow of the film material sprayed from the spray gun 3. Can be suppressed.

このことを、図6を用いて詳細に説明する。図6は、図5と同様に図3のB部拡大図において、半導体モジュール2が傾いた状態を示している。   This will be described in detail with reference to FIG. 6 shows a state in which the semiconductor module 2 is tilted in the enlarged view of the B part in FIG. 3, as in FIG.

本発明者らの試験検討によれば、半導体モジュール2が溶射ガン3からの噴射流によって吹き上げられたとしても、図6の傾き角θが30°以下であれば、半導体モジュール2が吹き飛ばされないことが判っている。そこで、本実施形態では、傾き角θが30°以下の範囲で、半導体モジュール2の端部が仕切部材7に当接するように数式F1を決定している。   According to the examination by the present inventors, even if the semiconductor module 2 is blown up by the jet flow from the thermal spray gun 3, the semiconductor module 2 is not blown away if the inclination angle θ of FIG. Is known. Therefore, in the present embodiment, Formula F1 is determined so that the end of the semiconductor module 2 abuts on the partition member 7 in the range where the inclination angle θ is 30 ° or less.

これにより、半導体モジュール2が、溶射ガン3からの噴射流によって吹き上げられたとしても、傾き角θが30°より大きくなることがないので、半導体モジュール2が溶射ガン3からの噴射流によって吹き飛ばされてしまうことを抑制できる。   Thereby, even if the semiconductor module 2 is blown up by the jet flow from the spray gun 3, the inclination angle θ does not become larger than 30 °, so that the semiconductor module 2 is blown off by the jet flow from the spray gun 3. Can be suppressed.

(第3実施形態)
本実施形態では、第2実施形態に対して、図7に示すように、仕切部材7の上端部に、半導体モジュール2側へ突出する突出部7aを設けている。さらに、この突出部7aは、半導体モジュール2側へ向かって徐々に上方に傾く断面三角形状に形成されている。なお、図7は、本実施形態における図3のB部拡大図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a protruding portion 7 a that protrudes toward the semiconductor module 2 is provided on the upper end portion of the partition member 7 as compared with the second embodiment. Further, the projecting portion 7a is formed in a triangular shape that is gradually inclined upward toward the semiconductor module 2 side. FIG. 7 is an enlarged view of part B of FIG. 3 in the present embodiment.

これにより、半導体モジュール2が、溶射ガン3から噴射される膜用材料の噴射流によって吹き上げられたとしても、突出部7aにて半導体モジュール2が飛ばされてしまうことを効果的に抑制できる。また、突出部7aは、半導体モジュール2側へ向かって徐々に上方に傾く断面三角形状に形成されているので、被膜形成後、半導体モジュール2を保持部材5から取り外す際の作業性を向上できる。   Thereby, even if the semiconductor module 2 is blown up by the injection flow of the film | membrane material injected from the thermal spray gun 3, it can suppress effectively that the semiconductor module 2 is skipped by the protrusion part 7a. Moreover, since the protrusion part 7a is formed in the cross-sectional triangle shape which inclines upward gradually toward the semiconductor module 2 side, the workability | operativity at the time of removing the semiconductor module 2 from the holding member 5 can be improved after film formation.

(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、ケース4内の冷却水の液面が波打ってしまうことを抑制する制波板4dを追加している。具体的には、図8に示すようにケース4の内周壁面から保持部材5側へ延びる平面を有する平板状部材によって形成されている。なお、図8は、第1実施形態の図2に対応する図面である。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a damping plate 4d is added to the first embodiment to suppress the liquid level of the cooling water in the case 4 from undulating. Specifically, as shown in FIG. 8, it is formed of a flat plate member having a flat surface extending from the inner peripheral wall surface of the case 4 to the holding member 5 side. FIG. 8 is a drawing corresponding to FIG. 2 of the first embodiment.

このような制波板4dは、ケース4と同じ材質で形成してもよいし、他の金属、セラミック等で形成してもよい。また、本実施形態の制波板4dは、冷却水の水面の上方に配置されている。これによれば、溶射ガン3から噴射される膜用材料の噴射流によって冷却水の液面が波打つことを抑制することができる。従って、被膜形成対象面2aに冷却水の水滴が付着してしまうことを抑制して、被膜形成不良を効果的に抑制できる。   Such a damping plate 4d may be formed of the same material as the case 4, or may be formed of other metals, ceramics, or the like. Moreover, the damping plate 4d of this embodiment is arrange | positioned above the water surface of cooling water. According to this, it is possible to suppress the liquid level of the cooling water from undulating due to the jet flow of the film material sprayed from the spray gun 3. Therefore, it is possible to effectively prevent the formation of a coating film by suppressing the water droplets of the cooling water from adhering to the coating surface 2a.

また、図9のように、本実施形態の変形例として制波板4dを液面より下方側に水没させてもよい。これによれば、冷却水の液面が波打つことを抑制することができるとともに、制波板4dの上方から冷却水を排出することもできる。さらに、制波板4dにセラミック被膜が形成されてしまうことも抑制できる。   Further, as shown in FIG. 9, as a modification of the present embodiment, the damping plate 4 d may be submerged below the liquid level. According to this, while being able to suppress that the liquid level of a cooling water undulates, a cooling water can also be discharged | emitted from the upper direction of the damping plate 4d. Furthermore, it is possible to suppress the ceramic coating from being formed on the damping plate 4d.

なお、本実施形態で説明した制波板4dは、第2、第3実施形態で説明した仕切部材7と併用して用いてもよい。   In addition, you may use the damping plate 4d demonstrated by this embodiment together with the partition member 7 demonstrated by 2nd, 3rd embodiment.

(第5実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図10に示すように、半導体モジュール2の冷却態様を変更している。本実施形態では、具体的に冷却水ポンプから圧送される冷却水を、冷却水誘導配管4eを介して半導体モジュール2の被膜形成対象面2aの反対側の面に到達するまで吹き上げることによって、溶射によるセラミック被膜形成時の半導体モジュール2を冷却している。なお、図10は、第1実施形態の図2に対応する図面である。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, the cooling mode of the semiconductor module 2 is changed as shown in FIG. 10 with respect to the first embodiment. In this embodiment, the thermal spraying is performed by blowing up the cooling water specifically pumped from the cooling water pump until it reaches the surface opposite to the film formation target surface 2a of the semiconductor module 2 through the cooling water guide pipe 4e. The semiconductor module 2 is cooled when the ceramic coating is formed. FIG. 10 is a drawing corresponding to FIG. 2 of the first embodiment.

また、本実施形態においても、保持部材5が、第1実施形態と同様に半導体モジュール2を保持することによって、被膜形成対象面2aを含む半導体モジュール2の一部が冷却水誘導配管4eから吹き上げられる冷却水の液面よりも上方に位置付けられる。従って、本実施形態の溶射装置1によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の冷却態様は第2〜第4実施形態に適用してもよい。   Also in this embodiment, the holding member 5 holds the semiconductor module 2 as in the first embodiment, so that a part of the semiconductor module 2 including the film formation target surface 2a is blown up from the cooling water guide pipe 4e. It is positioned above the liquid level of the cooling water to be produced. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained by the thermal spraying apparatus 1 of the present embodiment. Further, the cooling mode of the present embodiment may be applied to the second to fourth embodiments.

(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.

(1)上述の実施形態では、溶射装置1の形式として、プラズマを熱源として膜用材料を融解させるプラズマ溶射装置を採用した例を説明しているが、溶射装置の形式はこれに限定されない。例えば、アセチレンガス等の燃焼ガスの燃焼炎を熱源とするフレーム溶射装置等、その他の形式の溶射装置の形式を採用してもよい。   (1) In the above-described embodiment, an example in which a plasma spraying apparatus that melts a film material using plasma as a heat source is described as the form of the spraying apparatus 1, but the form of the spraying apparatus is not limited to this. For example, other types of spraying apparatuses such as a flame spraying apparatus using a combustion flame of combustion gas such as acetylene gas as a heat source may be adopted.

(2)上述の実施形態では、基材として、半導体モジュール2を採用した例を説明したが、基材はこれに限定されない。例えば、金属板(アルミニウム、銅等)、セラミック板を採用してもよいし、必ずしも平板状である必要はなく、凹凸形状や湾曲形状の基材であってもよい。つまり、少なくとも基材の被膜形成対象面が冷却用液体の液面よりも上方に位置付けられるように保持されれば、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。   (2) In the above-described embodiment, the example in which the semiconductor module 2 is employed as the base material has been described, but the base material is not limited thereto. For example, a metal plate (aluminum, copper, or the like) or a ceramic plate may be employed, and the substrate may not necessarily be a flat plate shape, but may be an uneven or curved base material. That is, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained as long as at least the surface of the base material on which the film is to be formed is held above the liquid surface of the cooling liquid.

(3)上述の実施形態では、膜用材料として、セラミックを採用した例を説明したが、膜用材料はこれに限定されない。例えば、アルミニウム、銅、スピネル(MgAl24)窒化アルミ(AlN)、酸化アルミ(Al23)等を採用してもよい。 (3) In the above-described embodiment, an example in which ceramic is used as the film material has been described. However, the film material is not limited to this. For example, aluminum, copper, spinel (MgAl 2 O 4 ) aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like may be employed.

(4)上述の実施形態では、保持部材として金属ワイヤをメッシュ状に編み込んで平板状に形成したものを採用した例を説明したが、保持部材はこれに限定されない。例えば、金属板にその表裏を貫通する複数の貫通穴を設けたものを採用してもよい。   (4) In the above-described embodiment, an example in which a metal wire is knitted into a mesh shape and formed into a flat plate shape has been described as the holding member, but the holding member is not limited to this. For example, you may employ | adopt what provided the several through-hole which penetrates the front and back in a metal plate.

(5)上述の実施形態では、基材搬送手段として移動用ローラ6を採用して、保持部材5を移動させることによって、保持部材5とともに基材である半導体モジュール2を移動させた例を説明したが、基材搬送手段はこれに限定されない。例えば、保持部材の側面から荷重をかけて、基材とともに保持部材を移動させる構成のものを採用してもよい。   (5) In the above-described embodiment, an example in which the moving roller 6 is employed as the base material transport unit and the holding member 5 is moved to move the semiconductor module 2 as the base material together with the holding member 5 will be described. However, the substrate conveying means is not limited to this. For example, you may employ | adopt the structure of applying a load from the side surface of a holding member and moving a holding member with a base material.

また、基材搬送手段として、基材のみを移動させる手段を採用してもよい。例えば、保持部材上に順次、基材を送り出し、被膜の形成されていない基材で被膜形成済みの基材を押し出す構成のものを採用してもよい。   Moreover, you may employ | adopt the means to move only a base material as a base material conveyance means. For example, a structure in which the base material is sequentially fed onto the holding member and the base material on which the film has been formed is pushed out by the base material on which the film is not formed may be employed.

(6)上述の各実施形態の溶射装置1に対して、保持部材5を振動させる保持部材振動手段を追加してもよい。このような保持部材振動手段としては、超音波振動装置を採用できる。これにより、半導体モジュール(基材)2を保持部材5とともに振動させることができるので、隣接する半導体モジュール2同士、あるいは、隣接する半導体モジュール2と仕切部材7が被膜によって接合されてしまうことを効果的に抑制できる。   (6) You may add the holding member vibration means to vibrate the holding member 5 with respect to the thermal spraying apparatus 1 of each above-mentioned embodiment. As such a holding member vibration means, an ultrasonic vibration device can be adopted. Thereby, since the semiconductor module (base material) 2 can be vibrated with the holding member 5, it is effective that the adjacent semiconductor modules 2 or the adjacent semiconductor modules 2 and the partition member 7 are joined by the film. Can be suppressed.

(7)上述の第2実施形態では、仕切部材7として各半導体モジュール2の周囲を囲むように構成したものを採用しているが、仕切部材7はこれに限定されない。例えば、図11(a)に示すように、保持部材5および半導体モジュール2の移動方向に延びる板状の金属のみで構成してもよいし、図11(b)に示すように、移動方向に直交する方向に延びる板状の金属のみで構成してもよい。   (7) In the second embodiment described above, the partition member 7 is configured to surround each semiconductor module 2, but the partition member 7 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11A, the holding member 5 and the semiconductor module 2 may be composed of only a plate-like metal extending in the moving direction, or as shown in FIG. You may comprise only the plate-shaped metal extended in the orthogonal direction.

2 半導体モジュール
2a 被膜形成対象面
3 溶射ガン
4 ケース
4c 冷却水ポンプ4c
4d 制波板
5 保持部材
5a 保持面
6 移動用ローラ6
7 仕切部材7
7a 突出部
2 Semiconductor module 2a Film formation target surface 3 Thermal spray gun 4 Case 4c Cooling water pump 4c
4d Damping plate 5 Holding member 5a Holding surface 6 Moving roller 6
7 Partition member 7
7a Protruding part

Claims (11)

融解された膜用材料を基材(2)に吹き付ける溶射によって前記基材(2)の被膜形成対象面(2a)に前記膜用材料の被膜を形成する溶射装置であって、
前記被膜形成対象面(2a)に対して融解された前記膜用材料を噴射する溶射ガン(3)と、
前記基材(2)を保持する保持部材(5)と、
前記基材(2)を冷却する冷却用液体が流れる冷却用液体通路を形成するケース(4)とを備え、
前記保持部材(5)は、前記被膜形成対象面(2a)を含む前記基材(2)の一部が前記冷却用液体の液面より上方に位置付けられた状態で、前記基材(2)を保持することを特徴とする溶射装置。
A thermal spraying apparatus for forming a film of the film material on the film formation target surface (2a) of the base material (2) by spraying the melted film material on the base material (2),
A spray gun (3) for injecting the film material melted onto the surface (2a) to be coated;
A holding member (5) for holding the substrate (2);
A case (4) forming a cooling liquid passage through which a cooling liquid for cooling the substrate (2) flows;
The holding member (5) is configured so that a part of the base material (2) including the surface (2a) to be coated is positioned above the liquid level of the cooling liquid. A thermal spraying device characterized by holding
前記保持部材(5)は、前記基材(2)の下方側に当接して保持する保持面(5a)を有し、
前記保持面(5a)には、その表裏を貫通して前記冷却用液体を通過させる貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶射装置。
The holding member (5) has a holding surface (5a) that contacts and holds the lower side of the base material (2),
The thermal spraying device according to claim 1, wherein a through hole is formed in the holding surface (5a) so as to pass through the front and back surfaces and allow the cooling liquid to pass therethrough.
前記基材(2)は、板状に形成されており、
前記保持部材(5)は、互いに離間して配置された複数の基材(2)を保持することを特徴とする請求項1または2に記載の溶射装置。
The base material (2) is formed in a plate shape,
The thermal spraying device according to claim 1 or 2, wherein the holding member (5) holds a plurality of base materials (2) arranged apart from each other.
前記保持部材(5)は、前記複数の基材(2)の間に配置されて、それぞれの前記基材(2)同士の接触を防止する仕切部材(7)を有し、
前記仕切部材(7)の上方側端部は、前記基材(2)の上面よりも上方側まで延びていることを特徴とする請求項3に記載の溶射装置。
The holding member (5) has a partition member (7) disposed between the plurality of base materials (2) to prevent contact between the base materials (2).
The thermal spraying device according to claim 3, wherein an upper end portion of the partition member (7) extends to an upper side than an upper surface of the base material (2).
前記基材(2)および前記仕切部材(7)を鉛直方向から見たときに、
前記基材(2)および前記仕切部材(7)の間には隙間が設けられており、前記隙間の寸法をSとし、前記基材(2)の鉛直方向の厚み寸法をTとしたときに、
0<S/T≦0.25
となっていることを特徴とする請求項4に記載の溶射装置。
When the base material (2) and the partition member (7) are viewed from the vertical direction,
There is a gap between the base material (2) and the partition member (7), and when the dimension of the gap is S and the thickness dimension in the vertical direction of the base material (2) is T ,
0 <S / T ≦ 0.25
The thermal spraying device according to claim 4, wherein
さらに、それぞれの前記仕切部材(7)の上端部には、前記基材(2)側に突出する突出部(7a)が設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の溶射装置。   Furthermore, the thermal spraying of Claim 4 or 5 with which the protrusion part (7a) which protrudes in the said base material (2) side is provided in the upper end part of each said partition member (7). apparatus. 前記保持部材(5)を振動させる保持部材振動手段(8)を備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の溶射装置。   The thermal spraying device according to any one of claims 1 to 6, further comprising holding member vibrating means (8) for vibrating the holding member (5). 前記ケース(4)は、前記溶射ガン(3)から噴射される前記膜用材料の流れによって前記冷却用液体の液面が波打つことを抑制する制波板(4)を有していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の溶射装置。   The case (4) has a wave-damping plate (4) that suppresses undulation of the liquid surface of the cooling liquid by the flow of the film material sprayed from the spray gun (3). The thermal spraying device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that 前記冷却用液体を予め定めた所定の方向へ流す冷却用液体圧送手段(4c)と、
前記基材(2)を、前記冷却用液体の流れ方向のうちの水平方向成分に対して逆方向に移動させる基材搬送手段(6)とを備えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の溶射装置。
A cooling liquid pumping means (4c) for flowing the cooling liquid in a predetermined direction,
The base material conveying means (6) for moving the base material (2) in a direction opposite to a horizontal direction component in the flow direction of the cooling liquid is provided. The thermal spraying apparatus as described in any one.
前記基材搬送手段(6)は、前記保持部材(5)を移動させることによって、前記保持部材(5)とともに前記基材(2)を移動させることを特徴とする請求項9に記載の溶射装置。   The said base material conveyance means (6) moves the said base material (2) with the said holding member (5) by moving the said holding member (5), The thermal spraying of Claim 9 characterized by the above-mentioned. apparatus. 融解された膜用材料を溶射ガン(3)から噴射して、保持部材(5)に保持された基材(2)の被膜形成対象面(2a)に前記膜用材料の被膜を形成する被膜形成方法であって、
前記基材(2)を冷却する冷却用液体が流れる冷却用液体通路を形成するケース(4)を用意しておき、
前記保持部材(5)によって前記基材(2)を保持する保持工程と、
前記保持工程の後に、前記溶射ガン(3)から前記膜用材料を前記被膜形成対象面(2a)へ吹き付ける溶射工程とを有し、
前記保持工程では、前記被膜形成対象面(2a)を含む前記基材(2)の一部を前記冷却用液体の液面より上方に位置付けた状態で、前記基材(2)を保持することを特徴とする被膜形成方法。
A film for spraying the melted film material from the spray gun (3) to form a film of the film material on the film formation target surface (2a) of the substrate (2) held by the holding member (5) A forming method comprising:
A case (4) for forming a cooling liquid passage through which a cooling liquid for cooling the substrate (2) flows is prepared,
A holding step of holding the substrate (2) by the holding member (5);
After the holding step, a spraying step of spraying the film material from the spray gun (3) onto the film formation target surface (2a),
In the holding step, the base material (2) is held in a state where a part of the base material (2) including the film formation target surface (2a) is positioned above the liquid surface of the cooling liquid. A film forming method characterized by the above.
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