JP2016129178A - Crack detection device for an insulating plate and crack detection method, and manufacturing method of power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁基板のクラック検出装置及びクラック検出方法、並びにパワーモジュールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a crack detection apparatus and crack detection method for an insulating substrate, and a method for manufacturing a power module.
パワーモジュールに用いられる絶縁基板には、パワーモジュールには高い電圧が印加されるため、高い絶縁信頼性が要求される。しかしながら、絶縁基板には、製造過程においてクラックが発生する場合がある。このような絶縁基板のクラックは、絶縁基板に電圧を印加した状態での部分放電、リーク電流などを測定することによって検出することができる。 Since a high voltage is applied to the power module on the insulating substrate used in the power module, high insulation reliability is required. However, cracks may occur in the insulating substrate during the manufacturing process. Such cracks in the insulating substrate can be detected by measuring partial discharge, leakage current, and the like in a state where a voltage is applied to the insulating substrate.
一般的に、絶縁基板に電圧を印加してクラックを検出する場合において、絶縁基板が有するクラックを検出する感度を上げようとすれば、印加電圧を高くする必要がある。しかしながら、印加電圧を高くすると、クラック以外の原因によって絶縁基板に絶縁破壊が生じる。この絶縁破壊は、沿面放電によって生じる沿面破壊である。したがって、絶縁基板のクラック検出においては、印加電圧を低い状態でクラックを検出することが求められている。 In general, when a crack is detected by applying a voltage to an insulating substrate, it is necessary to increase the applied voltage in order to increase the sensitivity of detecting the crack of the insulating substrate. However, when the applied voltage is increased, dielectric breakdown occurs in the insulating substrate due to causes other than cracks. This dielectric breakdown is creepage breakdown caused by creeping discharge. Therefore, in detecting a crack in an insulating substrate, it is required to detect a crack with a low applied voltage.
そのため、パワーモジュールをホットプレートで加熱し、リーク電流を増加させ、絶縁基板のクラックを検出することが可能な電圧を下げたパワーモジュールの良品判定装置がある(例えば、特許文献1)。 For this reason, there is a non-defective product determination device for a power module in which the power module is heated with a hot plate, the leakage current is increased, and the voltage capable of detecting a crack in the insulating substrate is lowered (for example, Patent Document 1).
このようなパワーモジュールの良品判定装置であって絶縁基板のクラック検出装置は、パワーモジュールの形状に組み立てた絶縁基板のクラックを検出するものである。このような絶縁基板のクラック検出装置を応用して、パワーモジュールの形状に組み立てる前の絶縁基板のクラックを検出しようとしても、印加電圧を低い状態としたままでは検出できなかった。クラックを検出する感度を上げようとして印加電圧を高くすれば、クラック以外の原因によって絶縁基板に絶縁破壊が生じる可能性があるため、このようなパワーモジュールの良品判定装置を応用して、絶縁基板単体で、絶縁基板のクラックを検出することはできなかった。 Such a non-defective product determination device for a power module, which is a crack detection device for an insulating substrate, detects a crack in the insulating substrate assembled in the shape of the power module. Even if it is attempted to detect a crack in the insulating substrate before assembling into the shape of the power module by applying such an insulating substrate crack detecting device, it cannot be detected with the applied voltage kept low. If the applied voltage is increased in order to increase the sensitivity to detect cracks, dielectric breakdown may occur in the insulating substrate due to causes other than cracks. It was not possible to detect a crack in the insulating substrate by itself.
パワーモジュールの形状に組み立てる前の絶縁基板が有するクラックを、絶縁基板単体を検査することで見つけられないと、クラックを有する絶縁基板をパワーモジュールの形状に組み立ててしまうことになり、無駄になる部品が出て来てしまう。 If the cracks of the insulating substrate before assembling into the shape of the power module cannot be found by inspecting the insulating substrate alone, the insulating substrate with cracks will be assembled into the shape of the power module, which is a wasteful part Will come out.
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、絶縁基板単体で、絶縁基板のクラックを検出することができる絶縁基板のクラック検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an insulating substrate crack detection device capable of detecting a crack in an insulating substrate with a single insulating substrate.
本発明にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、絶縁板と絶縁板の一方の面上に第1の導電板と絶縁板の他方の面上に第2の導電板とを有する絶縁基板に曲げ応力を印加する応力印加治具と、第1の導電板と前記第2の導電板との間に電圧を印加する電源と、第1の導電板と第2の導電板との間に流れる電流の値を測定する電流計と、電流計によって測定された値から、絶縁基板のクラックの有無を判定する判定装置とを備えたことを特徴とする。 According to the present invention, there is provided a crack detection apparatus for an insulating substrate, comprising: an insulating substrate having a first conductive plate on one surface of the insulating plate and a second conductive plate on the other surface of the insulating plate; A stress applying jig for applying a voltage, a power source for applying a voltage between the first conductive plate and the second conductive plate, and a current flowing between the first conductive plate and the second conductive plate. An ammeter for measuring a value and a determination device for determining the presence or absence of a crack in the insulating substrate from the value measured by the ammeter are provided.
本発明にかかる絶縁基板のクラック検出装置によれば、絶縁基板単体で、絶縁基板のクラックを検出することができる。本発明では、絶縁基板に応力を印加した状態で、電圧を印加してクラック検出を行うと、印加電圧を低い状態としてクラックを検出できることが分かったので、絶縁基板単体で、絶縁基板のクラックを検出することができる絶縁基板のクラック検出装置を得ることができた。 According to the crack detection apparatus for an insulating substrate according to the present invention, it is possible to detect a crack in the insulating substrate with the insulating substrate alone. In the present invention, it was found that when a crack was detected by applying a voltage with a stress applied to the insulating substrate, the crack could be detected with the applied voltage being low, so the crack on the insulating substrate could be detected with the insulating substrate alone. The crack detection apparatus of the insulated substrate which can detect was able to be obtained.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置の構成を示す概略図である。
A configuration of the crack detection apparatus for an insulating substrate according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a crack detection apparatus for an insulating substrate according to a first embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、絶縁板1aと絶縁板1aの一方の面上に第1の導電板1bと絶縁板1aの他方の面上に第2の導電板1cとを有する絶縁基板1に曲げ応力を印加する応力印加治具2と、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧を印加する電源5とを備えている。さらに、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、第1の導電板と第2の導電板との間に流れる電流の値を測定する電流計8と、電流計8によって測定された値から、絶縁基板1のクラックの有無を判定する判定装置9とを備えている。
The insulating substrate crack detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a first
本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、絶縁基板1のクラックを判定する装置である。本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置がクラックを検出する絶縁基板1は、絶縁板1a上にすでに第1の導電板1b及び第2の導電板1cによって回路パターンが形成されたものである。
The crack detection device for an insulating substrate according to the first exemplary embodiment of the present invention is a device that determines a crack in the
さらに、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、絶縁基板1及び応力印加治具2を配置するための密閉容器4と、第2の導電板1cの絶縁板1aと接していない面上に貼り付けられ、絶縁基板1に生じる歪みを測定し、その大きさに依存した電気信号を発生させる応力ゲージ6と、応力ゲージ6からの電気信号値から絶縁基板1に印加された曲げ応力を計算して表示する応力モニター7とを備えている。以下では、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を、単に本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置と呼ぶことにする。
Furthermore, the insulating substrate crack detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention is in contact with the sealed
応力印加治具2は、絶縁基板1の両端を支え、上部にねじ穴を有する支え治具2aと、支え治具2aのねじ穴に固定可能なねじ状のねじ治具2bと、第2の導電板1cとねじ治具2bとの間に配置し、ねじ治具2bを締め込むことで押され、絶縁基板1の中央を押し下げるブロック治具2cとを備えている。絶縁基板1の両端が支えられ、絶縁基板1の中央が押し下げられることによって、応力印加治具2は、絶縁基板1に曲げ応力を印加することができる。
The
支え治具2aは、図1では絶縁基板1の左右2箇所を下から支える形状となっているが、支え治具2aの形状は、絶縁基板1の左右2箇所を上下から支える形、すなわち、絶縁基板1を両端で挟み込むような形としてもよい。また、ブロック治具2cは、ここでは円柱の形状をしており、図1において、絶縁基板1の手前から奥にほぼ均等に曲げ応力をかけられるようになっている。
In FIG. 1, the
支え治具2aが有するねじ穴、そのねじ穴に固定可能なねじ治具2b、及びねじ治具2bを締め込むことで絶縁基板1に曲げ応力を印加するブロック治具2cの数は特に限定されるものではないが、絶縁基板1に曲げ応力をかけられるように、応力印加治具2が構成されていなければならない。
The number of screw holes included in the
絶縁基板1の絶縁板1aは、無機材料であるセラミックス、例えばアルミナ(Aluminum Oxide)、窒化アルミニウム(Aluminum Nitride)、窒化ケイ素(Silicon Nitride)などが用いられたものである。第1の導電板1b及び第2の導電板1cは、例えば銅、アルミニウムなど高い電気伝導性を有する材料が用いられたものである。
The
図1では、第1の導電板1bに直接電源5が接続され、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧が印加されるようになっている。しかし、第1の導電板1bに直接電源5を接続せず、第1の導電板1bの絶縁板1aと接していない面側に新たに電極を配置して接触させ、その電極を介して、電源5から絶縁基板1の第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧を印加してもよい。すなわち、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置は、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧が印加されるようになっていればよく、新たに配置した電極などを介して、電源5から第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧を印加してもよい。
In FIG. 1, a
また同様に、図1では、第2の導電板1cに直接電流計8が接続されているが、第2の導電板1cの絶縁板1aと接していない面側に新たに電極を配置して接触させ、その電極を介して、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に流れる電流を電流計8で測定してもよい。
Similarly, in FIG. 1, the
ここで、図1に示す第1の導電板1bは、回路パターンとしてパターンニングされている。したがって、複数の分割された導電板を有するものである。図1では、いくつかに分かれた第1の導電板1bのすべてに電源5からの配線を接続している。しかしながら、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に印加する電圧の分布が絶縁基板1内に出来ないように、絶縁基板1内に極力均等に電圧が印加されるようにするのが望ましいので、電源5と第1の導電板1bとの接続は、第1の導電板1bと第2の導電板1cのパターンに合わせて、適宜考えるものであって、必ずしも、いくつかに分かれた第1の導電板1bのすべてに電源5からの配線を接続されるわけではない。第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧が印加されたとき、第1の導電板1bの複数の分割された導電板は、電気的に共通化されるようになっている。
Here, the first
第2の導電板1cと電流計8との接続に関しても、ここではパターンニングされていないものを示したが、これに限るものではないので、第1の導電板1bと第2の導電板1cのパターンに合わせて、適宜考えるものである。
The connection between the second
なお、第1の導電板1b、第2の導電板1cがパターニングされていない一体ものであっても、パターニングされ複数の分割された導電板を有するものであっても、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置は絶縁基板1単体で、絶縁基板1のクラックを検出することができる。絶縁基板1に印加される応力に若干の違いが生じるのみであり、本発明の効果に変わりはない。
It should be noted that the first
本発明の実施の形態1では、第1の導電板1bに負極性の直流電圧を印加するように電源5を接続している。これは、絶縁物の一方の面に板状の大電極を接続し、他方の面に板状の小電極を接続して両電極間に電圧を印加すると生じる沿面放電が、小電極に負極性電圧を印加する方が正極性電圧を印加するよりも生じにくいということが一般的に知られているからである。本発明の実施の形態1では、第1の導電板1bがパターンニングされており、第2の導電板1cがパターニングされていないため、第1の導電板1bを上述の小電極、第2の導電板1cを上述の大電極に置き換えて考えられるので、第1の導電板1bに負極性の直流電圧を印加するように電源5を接続している。
In
したがって、第1の導電板1b及び第2の導電板1cの形状、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧を印加する際に何か電極などを介するかなど、様々な条件によって、第1の導電板1bに印加する電圧の種類は変更されるものである。
Therefore, the shape of the first
判定装置9は、電流計8によって測定された値を、予め判定装置9に入力されているクラック判定電流閾値Xと比較し、電流計8によって測定された値がクラック判定電流閾値X以上である場合は絶縁基板1にはクラックが有ると判定し、未満である場合にはクラックは無いと判定する。クラック判定電流閾値Xは、絶縁基板1にクラックが無いとした場合に、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧をかけたとき、第1の導電板1bから第2の導電板1cに流れる電流を計算した電流値である。
The determination device 9 compares the value measured by the
一般的に、絶縁基板1のクラックは、絶縁基板1に電圧を印加した状態でリーク電流を測定することによって検出することができる。リーク電流とは、ここでは電流計8によって測定される電流であって、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間にある絶縁板1aをリークして流れる電流である。絶縁基板1に電圧を印加した状態で、電流計8によって測定される電流値が急激に増加したとき、すなわち、リーク電流が急激に増加したき、絶縁基板1にはクラックがある。絶縁基板1に電圧を印加した状態で、リーク電流が急激に増加すると、絶縁基板1に流れる電流の値はクラック判定電流閾値Xを超える。
In general, a crack in the insulating
ここで、応力印加治具2から絶縁基板1へ印加される曲げ応力は、絶縁基板1がパワーモジュールの形状に組み立てられた際に絶縁基板1にかかる応力となるように設定する。絶縁基板1をパワーモジュールの形状に組み立てた際に絶縁基板1にかかる応力は、絶縁基板1の大きさ、パワーモジュールの形状などにより異なるものである。したがって、絶縁基板1の大きさ、絶縁基板1がその後に組み立てられるパワーモジュールの形状などにより、応力印加治具2から絶縁基板1へ印加する曲げ応力は、適宜決める。
Here, the bending stress applied to the insulating
例えば、応力印加治具2から絶縁基板1へ印加する曲げ応力は、絶縁基板1をパワーモジュールの形状に組み立てた場合の応力シミュレーションによって決めることができる。その他にも、絶縁基板1に曲げ応力を印加したときに、絶縁基板1が破壊する実測値から導き出すこともできる。
For example, the bending stress applied to the insulating
パワーモジューの形状に組み立ててから絶縁基板のクラックを検出する従来のパワーモジュールの良品判定装置を応用して、パワーモジュールの形状に組み立てる前の絶縁基板1のクラックを検出しようとしても、検出できなかった。これは、パワーモジュールの形状に組み立てる前の絶縁基板1が有するクラックは、目視で確認できるクラック以外は、ほとんどが印加する電圧を高くして、クラックを検出する感度を上げないと検出できないような潜在的クラックと呼ばれるクラックであることが原因ではないかと考えられた。潜在的クラックは、絶縁板1aの厚さ方向に完全には貫通していないクラックであり、クラックの両側の絶縁板1aが密接に接しているクラックである。他に、絶縁板1aの厚さ方向に完全に貫通していたとしてもクラックの両側の絶縁板1aが密接に接しており、絶縁基板1内に空間を生じないクラックも潜在的クラックに含まれるが、このようなクラックは稀である。
Even if it tries to detect the crack of the insulating
クラックは、絶縁基板1のリーク電流が急激に増加することで、検出される。リーク電流の急激な増加は、クラック内での放電をきっかけとしている。クラック内で放電が起こるためには、クラック内にある程度空気で満たされた微小な空間がある必要がある。潜在的クラックは、クラックなのにも関わらず、クラックの両側の絶縁板1aが密接に接しているので、ある程度空気で満たされた微小な空間が存在しない。そのため、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置は、絶縁基板1に曲げ応力を印加して、潜在的クラック内に微小な空間が生じさせた。
A crack is detected when the leakage current of the insulating
すなわち、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置は、絶縁基板1に曲げ応力を印加することで、潜在的クラック内に微小な空間を生じさせ、潜在的クラック内で放電が起きやすいようにしたのである。そうすることで、印加する電圧を高くして、絶縁基板1が有するクラックを検出する感度を上げなくとも、絶縁基板1のクラックを印加電圧の低い状態で検出しようと考えたのである。本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置の応力印加治具が絶縁基板1に印加する曲げ応力は、ここでは絶縁基板1をパワーモジュールの形状に組み立てた際に絶縁基板1にかかる応力であるので、いずれ絶縁基板1にかかる応力であり、絶縁基板1を破壊するほどの応力を印加するわけではない。
That is, the crack detection apparatus according to the first exemplary embodiment of the present invention applies a bending stress to the insulating
図2は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置の効果を説明するための絶縁基板1への印加電圧と絶縁基板1に流れる電流の関係を示したグラフである。図2において、実線Aは、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、大気圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。破線L1は、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いて絶縁基板1に曲げ応力を印加し、大気圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the insulating
これらは、平等電界におけるクラック内の気体の放電開始電圧VS[V]は、クラック内の気圧P[Pa]とクラック内のギャップ距離d[m]との積の関数で表されるというパッシェンの法則から導き出したものである。絶縁板1aの厚さを1mmとし、絶縁板1a内に潜在的クラックがあるとして計算している。図2において、絶縁基板1へ印加した電圧及び絶縁基板1に流れる電流の値は、絶対値で示している。実線Aも破線L1も、パワーモジュールの形状に組み立てられた絶縁基板1に対して行った評価結果ではなく、パワーモジュールの形状に組み立てられていない絶縁基板1単体に対して行った評価結果である。一点鎖線Xは、クラック判定電流閾値Xのラインを表している。
These are Paschen that the discharge start voltage V S [V] of the gas in the crack in an equal electric field is expressed as a function of the product of the pressure P [Pa] in the crack and the gap distance d [m] in the crack. It is derived from the law. It is calculated that the thickness of the insulating
図2において、絶縁基板1に流れる電流が、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、破線L1では印加電圧がQ1となったときに、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えている。絶縁基板1に流れる電流が、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えたということは、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、破線L1では印加電圧がQ1となったときに、リーク電流が急激に増加したということになる。すなわち、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、破線L1では印加電圧がQ1となったときに、絶縁基板1のクラックが検出されたということである。このときのYを実線Aの放電開始電圧Y、Q1を破線L1の放電開始電圧Q1と呼ぶ。
In FIG. 2, when the applied voltage is Y in the solid line A and the applied voltage is Q1 in the broken line L1, the current flowing through the insulating
すなわち、実線Aの条件下で絶縁基板1のクラックを検出する場合には、放電開始電圧Yよりも高い電圧を絶縁基板1に印加しなければ、絶縁基板1のクラックは検出できない。一方、破線L1の条件下で絶縁基板1のクラックを検出する場合には、放電開始電圧Q1よりも高い電圧を絶縁基板1に印加すれば、絶縁基板1のクラックを検出できるので、破線L1の条件下で絶縁基板1のクラックを検出した方が、実線Aの条件下で絶縁基板1のクラックを検出するよりも、絶縁基板1に印加する電圧を低くすることができる。実線Aと破線L1の検出条件の違いは、絶縁基板1に曲げ応力が印加されているか、いないかである。
That is, when detecting a crack in the insulating
以上より、本発明の実施の形態1では、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を使用して、絶縁基板1単体に対して、絶縁基板1に曲げ応力を印加した状態で絶縁基板1のクラックを検出しようとすると、絶縁基板1に印加する電圧を低くすることができることが分かった。したがって、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置は、印加する電圧を高くして、絶縁基板1が有するクラックを検出する感度を上げなくとも、絶縁基板1のクラックを印加電圧の低い状態で検出することができることが分かる。すなわち、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、絶縁基板1単体で、絶縁基板1のクラックを検出することができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the bending stress is applied to the insulating
次に、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法について説明する。ここでは、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を、購入した絶縁基板1の受け入れ検査時に使用する場合で説明する。すなわち、購入した絶縁基板1の受け入れ時に、絶縁基板1のクラックの有無を判定し、パワーモジュールの形状への組み立てを行うべきではない絶縁基板1を見つけ出す。そして、クラックを有する絶縁基板1をパワーモジュールの形状に組み立ててしまい、無駄になる部品を出してしまうということを防ぐ。
Next, a method for detecting cracks in the insulating substrate using the crack detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. Here, the case where the crack detection
本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法において、第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に印加する電圧を、ここではクラック判定電圧と呼ぶ。ここでは、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を、購入した絶縁基板1の受け入れ検査時に使用する場合で説明するので、クラック判定電圧は1つの値に決められる。そしてこの場合、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出に入る前に、まず、クラック判定電圧を決めなければならないので、クラック判定電圧について説明する。
In the method for detecting cracks in an insulating substrate using the crack detection apparatus according to the first embodiment of the present invention, the voltage applied between the first
クラック判定電圧は、例えば、以下のように決めることができる。潜在的クラックの入った絶縁基板1を100個用意する。そして、その100個の絶縁基板1について、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いて、絶縁基板1に曲げ応力を印加した状態で、絶縁基板1に電圧を印加したときに、絶縁基板1に流れる電流値が急激に増加し、クラック判定電流閾値Xを超える放電開始電圧を取得する。そして、ワイブル分布などの統計処理を用いて1つの放電開始電圧を導出して、それより若干高い値をクラック判定電圧とする。
The crack determination voltage can be determined as follows, for example. 100 insulating
他にも、絶縁基板1の材料の特性、構造パラメータ、パワーモジュールの形状に組み立てた際に絶縁基板1にかかる曲げ応力などを用いて、理論的に算出することのできる放電開始電圧より若干高い値をクラック判定電圧としてもよい。クラック判定電圧は、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法において、絶縁基板1にクラックが有った場合に、確実にリーク電流が急激に増加する値である必要があるため、放電開始電圧よりも若干高い値としている。
In addition, it is slightly higher than the discharge start voltage that can be theoretically calculated using the characteristics of the material of the insulating
図3は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法を示す工程フロー図である。本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法は、図3に示すようにステップS0からステップS6の7つの工程を備えている。
FIG. 3 is a process flow diagram illustrating a method for detecting cracks in an insulating substrate using the crack detection apparatus for insulating substrates according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the method for detecting a crack in the insulating
まず、ステップS0において絶縁基板1を用意し、ステップS1において絶縁基板1に応力ゲージ6を貼り付け、ステップS2において絶縁基板1を応力印加治具2で固定して曲げ応力を印加し、ステップS3において応力印加治具2で固定され曲げ応力を印加された絶縁基板1を密閉容器4内に配置し、ステップS4において絶縁基板1にクラック判定電圧を印加する。そして、ステップS5において電流計8で絶縁基板1に流れる電流を測定し、ステップS6においてステップS5で得た電流値とクラック判定電流閾値Xとを比較する。
First, an insulating
ステップS6において、ステップS5で得た電流値がクラック判定電流閾値X以上であった場合、絶縁基板1にはクラックが有ると判断され、R1という結果となる。一方で、ステップS5で得た電流値がクラック判定電流閾値X未満であった場合、絶縁基板1にはクラックが無いと判断され、R2という結果となる。
In step S6, if the current value obtained in step S5 is equal to or greater than the crack determination current threshold value X, it is determined that the insulating
図3のステップS0からステップS6の7つの工程について、さらにその詳細を説明する。まず、ステップS0では、絶縁板1aと絶縁板1aの一方の面上に第1の導電板1bと絶縁板1aの他方の面上に第2の導電板1cとを有する絶縁基板1を用意する。そして、ステップS1では、第2の導電板1cの絶縁板1aと接していない面に応力ゲージ6を貼り付ける。
The details of the seven steps from Step S0 to Step S6 in FIG. 3 will be described. First, in step S0, an insulating
ステップS2は、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第1の工程であって、絶縁板1aと絶縁板1aの一方の面上に第1の導電板1bと絶縁板1aの他方の面上に第2の導電板1cとを有する絶縁基板1に曲げ応力を印加する工程である。ステップS2では、絶縁基板1を支え治具2aで固定して、絶縁基板1の第1の導電板1bの方向にねじ治具2bを締め込む。ねじ治具2bの締め込みによってブロック治具2cが押され、ブロック治具2cによって絶縁基板1に曲げ応力が印加される。
Step S2 is the first step of the method for detecting cracks in the insulating substrate according to the present invention, and the first
ステップS3では、応力印加治具2によって固定され、曲げ応力を印加された絶縁基板1を密閉容器4内に配置する。
In step S <b> 3, the insulating
ステップS4は、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第2の工程であって、曲げ応力が印加された絶縁基板1の第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に電圧を印加する工程である。ステップS4では、密閉容器4内に配置された絶縁基板1の第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間にクラック判定電圧を印加する。
Step S4 is the second step of the method for detecting cracks in an insulating substrate according to the present invention, and is between the first
ステップS5は、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第3の工程であって、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第2の工程、すなわちステップS4によって第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に流れる電流を測定する工程である。ステップS5では、電流計8で絶縁基板1の第1の導電板1bと第2の導電板1cとの間に流れる電流値を測定する。
Step S5 is a third step of the method for detecting cracks in an insulating substrate according to the present invention, and is a second step of the method for detecting cracks in an insulating substrate according to the present invention, that is, the first
ステップS6は、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第4の工程であって、本発明にかかる絶縁基板のクラック検出方法の第3の工程、すなわちステップS5で測定した電流値から絶縁基板1のクラックの有無を判定する工程である。ステップS6では、判定装置9で、ステップS5で得た電流値と、判定装置9に予め入力しておいたクラック判定電流閾値Xとを比較して、クラックの有無を判断する。 Step S6 is the fourth step of the method for detecting cracks in an insulating substrate according to the present invention, and is the third step of the method for detecting cracks in an insulating substrate according to the present invention, that is, the insulating substrate from the current value measured in step S5. 1 is a step of determining the presence or absence of a crack. In step S6, the determination device 9 compares the current value obtained in step S5 with the crack determination current threshold value X input in advance to the determination device 9, and determines the presence or absence of a crack.
以上のステップを経て、上述したように、ステップS6において、ステップS5で得た電流値がクラック判定電流閾値X以上であった場合、絶縁基板1にはクラックが有ると判断される。そして、ステップS5で得た電流値がクラック判定電流閾値X未満であった場合、絶縁基板1にはクラックが無いと判断される。
Through the above steps, as described above, if the current value obtained in step S5 is greater than or equal to the crack determination current threshold value X in step S6, it is determined that the insulating
また、このようにしてクラックの有無を判断された絶縁基板1のうち、クラックが無いと判断された絶縁基板1を、90度回転させて、再度、ステップS1からステップS6の工程を行うと、さらに精密に絶縁基板1のクラックの有無を判定できる。なぜなら、90度回転させて、再度、ステップS1からステップS6の工程を行うので、絶縁基板1に印加される曲げ応力の向きが90度回転された状態でのクラックの有無をさらに判定することになるからである。
In addition, among the insulating
以上より、本発明の実施の形態1では、パワーモジュールなどの電力機器に用いられる絶縁基板1のクラックの有無を、絶縁基板1単体で、絶縁基板のクラックを検出することができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, it is possible to detect the cracks in the insulating
また、上記では、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置を、購入した絶縁基板1の受け入れ検査時に使用する場合で説明した。しかし、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置の使用は、これに限ることはない。例えば、ステップS4において絶縁基板1に電圧を印加しているときに、絶縁基板1に印加されている曲げ応力を徐々に大きくしていき、絶縁基板1がどの程度の曲げ応力あれば、新たにクラックを生じさせずにいられるのか調べ、絶縁基板1の開発段階で使用することもできる。
In the above description, the crack detection device according to the first exemplary embodiment of the present invention has been described in the case of using the purchased insulating
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では、本発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態2は、本発明の実施の形態1とは、絶縁基板のクラック検出装置がさらにヒーターを備えている点が異なる。
In the second embodiment of the present invention, portions that are different from the first embodiment of the present invention will be described, and descriptions of the same or corresponding portions will be omitted. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the crack detection device for an insulating substrate further includes a heater.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置の構成を示す概略図である。本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置に、絶縁基板1を加熱するヒーター3がさらに加わっている。以下では、本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置を、単に本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置と呼ぶことにする。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an insulating substrate crack detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the crack detection apparatus for an insulating substrate according to the second embodiment of the present invention, a
ヒーター3は、密閉容器4内を高温にして、絶縁基板1を加熱する。絶縁基板1がパワーモジュールの形状に組み立てられ、そのパワーモジュールが駆動したときに絶縁基板1にかかる最高温度に絶縁基板1の温度がなるように、ヒーター3は、密閉容器4内を高温にしている。
The
図5は、本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置の効果を説明するための絶縁基板1への印加電圧と絶縁基板1に流れる電流の関係を示したグラフである。図5において、実線Aは、図2の実線Aと同じ、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、大気圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。長破線Bは、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、大気圧・高温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。破線L2は、本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置を用いて絶縁基板1に曲げ応力を印加し、絶縁基板1を加熱して、大気圧・高温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the insulating
これらは、本発明の実施の形態1と同様に、パッシェンの法則から導き出したものである。図5において、絶縁基板1へ印加した電圧及び絶縁基板1に流れる電流の値は、絶対値で示している。実線Aも長破線Bも破線L2も、パワーモジュールの形状に組み立てられた絶縁基板1に対して行った評価結果ではなく、パワーモジュールの形状に組み立てられていない絶縁基板1単体に対して行った評価結果である。一点鎖線Xは、クラック判定電流閾値Xのラインを表している。
These are derived from Paschen's law, as in the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the voltage applied to the insulating
図5において、絶縁基板1に流れる電流が、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Bでは印加電圧がWとなったときに、破線L2では印加電圧がQ2となったときに、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えている。絶縁基板1に流れる電流が、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えたということは、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Bでは印加電圧がWとなったときに、破線L2では印加電圧がQ2となったときに、リーク電流が急激に増加し、絶縁基板1のクラックが検出されたということである。このときのYを実線Aの放電開始電圧Y、Wを長破線Bの放電開始電圧W、Q2を破線L2の放電開始電圧Q2と呼ぶ。
In FIG. 5, when the applied voltage is Y in the solid line A, the applied voltage is W in the long broken line B, and the applied voltage is Q2 in the broken line L2, in FIG. Furthermore, it rapidly increases and exceeds the crack determination current threshold value X. The fact that the current flowing through the insulating
ここで、放電開始電圧と温度の関係について説明する。気体の状態方程式より一定の気圧環境下では、密度ρ[kg/m3]は絶対温度T[K]に反比例するため、ρT=一定という関係式が言える。したがって、高温では気体密度の変化により放電開始電圧が低下する。すなわち、絶縁基板1を高温にすることで、クラック内の気体密度が変化して、放電開始電圧を下げることができる。このことは、図5の実線Aと長破線Bが示しており、実線Aの条件下で絶縁基板1のクラックを検出するよりも、長破線Bの条件下で絶縁基板1のクラックを検出する方が、絶縁基板1に印加する電圧を低くすることができている。
Here, the relationship between the discharge start voltage and the temperature will be described. The density ρ [kg / m 3 ] is inversely proportional to the absolute temperature T [K] under the constant atmospheric pressure environment from the gas equation of state, so that the relational expression ρT = constant can be said. Therefore, at a high temperature, the discharge start voltage decreases due to a change in gas density. That is, by setting the insulating
本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置は、上述した放電開始電圧と温度の関係を利用して、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置よりも絶縁基板1のクラックの放電開始電圧を下げることができる。なぜなら、本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置に、絶縁基板1を加熱するヒーター3がさらに加わっているので、絶縁基板1を加熱してクラック内の気体の温度を上げることができるからである。言うまでもないが、放電開始電圧Q2は、放電開始電圧Q1よりも小さい。
The crack detection apparatus according to the second embodiment of the present invention uses the above-described relationship between the discharge start voltage and the temperature to start the discharge of cracks in the insulating
次に、本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法について説明する。図6は、本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法を示す工程フロー図である。本発明の実施の形態2にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法のステップS4の前に、ヒーター3によって密閉容器4内を高温にするステップS3−1が設けられている。すなわち、ステップS4は絶縁基板1を加熱した状態で行われる。その他のステップは、同一又は対応するので説明は省略する。
Next, a crack detection method for an insulating substrate using the crack detection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a process flow diagram illustrating a method for detecting cracks in an insulating substrate using the crack detection apparatus for insulating substrates according to the second embodiment of the present invention. The method for detecting a crack in the insulating
以上より、本発明の実施の形態2では、パワーモジュールなどの電力機器に用いられる絶縁基板1のクラックの有無を、絶縁基板1単体で、絶縁基板のクラックを印加電圧の低い状態で検出することができる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the presence or absence of cracks in the insulating
実施の形態3.
本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態3は、本発明の実施の形態1とは、絶縁基板のクラック検出装置がさらに圧力調整器を備えている点が異なる。
In the third embodiment of the present invention, portions that are different from the first embodiment of the present invention will be described, and descriptions of the same or corresponding portions will be omitted. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the crack detection device for an insulating substrate further includes a pressure regulator.
図7は、本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置の構成を示す概略図である。本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置に、絶縁基板1がある雰囲気を減圧する圧力調節器10がさらに加わっている。以下では、本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置を、単に本発明の実施の形態3にかかるクラック検出装置と呼ぶことにする。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a crack detection apparatus for an insulating substrate according to a third embodiment of the present invention. The crack detection apparatus for an insulating substrate according to the third embodiment of the present invention further includes a
圧力調節器10は、絶縁基板1がある雰囲気の気圧、すなわち密閉容器4内の気圧を減圧値に調節する。圧力調節器10には、圧力ゲージと真空ポンプとバルブとが用いられており、密閉容器4内の気圧が規定の減圧値になるようにバルブを調節することができる構成となっている。圧力調節器10は、絶縁基板1がある雰囲気の気圧を減圧値に調節できる構成となっていればよいので、上述した構成に限ることはない。
The
ここで、放電開始電圧についてさらに説明する。上述したが、平等電界におけるクラック内の気体の放電開始電圧VS[V]は、パッシェンの法則によって、クラック内の気圧P[Pa]とクラック内のギャップ距離d[m]との積の関数で表すことができる。気圧Pは気体の密度ρに置き換えることができるので、VS=f(Pd)=f(ρd)の関係式で表すことができる。図8は、本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置を説明するための図であり、パッシェン曲線を示している。図8に示すように、クラック内の気体の放電開始電圧VSは、クラック内の気体の気圧Pに依存し、最低値を持つ。この最低値をパッシェンミニマムと呼ぶ。パッシェン曲線より、クラック内の気体の気圧Pとクラック内のギャップ距離dとの積をパッシェンミニマムに近付けることにより、放電開始電圧を最低値にすることができることが分かる。 Here, the discharge start voltage will be further described. As described above, the discharge start voltage V S [V] of the gas in the crack in the equal electric field is a function of the product of the pressure P [Pa] in the crack and the gap distance d [m] in the crack according to Paschen's law. Can be expressed as Since the atmospheric pressure P can be replaced by the gas density ρ, it can be expressed by a relational expression of V S = f (Pd) = f (ρd). FIG. 8 is a view for explaining the crack detection apparatus for an insulating substrate according to the third embodiment of the present invention, and shows a Paschen curve. As shown in FIG. 8, the discharge start voltage V S of the gas in the crack depends on the atmospheric pressure P of the gas in the crack and has a minimum value. This minimum value is called the Paschen minimum. It can be seen from the Paschen curve that the discharge start voltage can be minimized by bringing the product of the pressure P of the gas in the crack and the gap distance d in the crack closer to the Paschen minimum.
クラック内の気体が空気の場合、絶縁板1aの厚さを1mmとしてクラック内のギャップ距離dを1mmと考えると、パッシェンミニマムを実現するクラック内の気圧は、660Paとなる。したがって、本発明の実施の形態3にかかるクラック検出装置の圧力調節器10は、絶縁基板1が有するクラック内の気圧を、パッシェンミニマムを実現する値にすることが好ましく、ここでクラック内のギャップ距離dを1mmとすると、密閉容器4内の気圧が約660Paになるように密閉容器4内を減圧することが好ましい。
When the gas in the crack is air, assuming that the thickness of the insulating
図9は、本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置の効果を説明するための絶縁基板1への印加電圧と絶縁基板1に流れる電流の関係を示したグラフである。図9において、実線Aは、図2の実線Aと同じ、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、大気圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。長破線Cは、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、減圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。破線L3は、本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置を用いて絶縁基板1に曲げ応力を印加し、絶縁基板1がある雰囲気を減圧して、減圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the insulating
図9において、絶縁基板1に流れる電流が、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Cでは印加電圧がVとなったときに、破線L3では印加電圧がQ3となったときに、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えている。絶縁基板1に流れる電流が、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えたということは、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Cでは印加電圧がVとなったときに、破線L3では印加電圧がQ3となったときに、リーク電流が急激に増加し、絶縁基板1のクラックが検出されたということである。このときのYを実線Aの放電開始電圧Y、Vを長破線Cの放電開始電圧V、Q3を破線L3の放電開始電圧Q3と呼ぶ。
In FIG. 9, when the applied voltage is Y in the solid line A, the applied voltage is V in the long broken line C, and the applied voltage is Q3 in the broken line L3 in FIG. Furthermore, it rapidly increases and exceeds the crack determination current threshold value X. The fact that the current flowing through the insulating
本発明の実施の形態3にかかるクラック検出装置は、上述したパッシェンの法則を利用して、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置よりも絶縁基板1のクラックの放電開始電圧を下げることができる。なぜなら、本発明の実施の形態2にかかるクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置に、絶縁基板1がある雰囲気を減圧する圧力調節器10がさらに加わっているので、絶縁基板1がある雰囲気を減圧してクラック内の気圧を減圧することができるからである。言うまでもないが、放電開始電圧Q3は、放電開始電圧Q1よりも小さい。
The crack detection apparatus according to the third embodiment of the present invention uses the Paschen's law described above to lower the crack discharge start voltage of the insulating
次に、本発明の実施の形態3にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法について説明する。図10は、本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法を示す工程フロー図である。本発明の実施の形態3にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法のステップS4の前に、圧力調節器10によって密閉容器4内を減圧するステップS3−2が設けられている。すなわち、ステップS4は絶縁基板1がある雰囲気を減圧した状態で行われる。その他のステップは、同一又は対応するので説明は省略する。
Next, a crack detection method for an insulating substrate using the crack detection apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a process flow diagram illustrating a method for detecting cracks in an insulating substrate using the crack detection apparatus for insulating substrates according to the third embodiment of the present invention. The method for detecting a crack in the insulating
以上より、本発明の実施の形態3では、パワーモジュールなどの電力機器に用いられる絶縁基板1のクラックの有無を、絶縁基板1単体で、絶縁基板のクラックを印加電圧のさらに低い状態で検出することができる。
As described above, in the third embodiment of the present invention, the presence or absence of cracks in the insulating
実施の形態4.
本発明の実施の形態4では、本発明の実施の形態1から本発明の実施の形態3と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態4は、本発明の実施の形態2と本発明の実施の形態3との組み合わせであり、実施の形態1とは、絶縁基板のクラック検出装置がさらにヒーターと圧力調整器を備えている点が異なる。
In the fourth embodiment of the present invention, parts different from the first to third embodiments of the present invention will be described, and description of the same or corresponding parts will be omitted. The fourth embodiment of the present invention is a combination of the second embodiment of the present invention and the third embodiment of the present invention. The first embodiment is different from the first embodiment in that a crack detecting device for an insulating substrate is further provided with a heater and a pressure regulator. Is different.
図11は、本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置の構成を示す概略図である。本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置に、絶縁基板1を加熱するヒーター3と、絶縁基板1がある雰囲気を減圧する圧力調節器10とがさらに加わっている。以下では、本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置を、単に本発明の実施の形態4にかかるクラック検出装置と呼ぶことにする。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of a crack detection apparatus for an insulating substrate according to a fourth embodiment of the present invention. Insulating substrate crack detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is an atmosphere in which insulating substrate crack detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a
ヒーター3については本発明の実施の形態2において、圧力調節器10については本発明の実施の形態3において説明したものと同一であるので、ここでは説明を省略する。
Since the
図12は、本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置の効果を説明するための絶縁基板1への印加電圧と絶縁基板1に流れる電流の関係を示したグラフである。図12において、実線Aは、図2の実線Aと同じ、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、大気圧・室温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。長破線Dは、絶縁基板1に曲げ応力を印加せずに、減圧・高温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。破線L4は、本発明の実施の形態4にかかるクラック検出装置を用いて絶縁基板1に曲げ応力を印加し、絶縁基板1を加熱して、さらに絶縁基板1がある雰囲気を減圧して、減圧・高温環境下で絶縁基板1へ印加した電圧と、そのとき絶縁基板1に流れる電流の関係(V−I特性)を示している。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the insulating
図12において、絶縁基板1に流れる電流が、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Dでは印加電圧がUとなったときに、破線L4では印加電圧がQ4となったときに、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えている。絶縁基板1に流れる電流が、急激に増加してクラック判定電流閾値Xを超えたということは、実線Aでは印加電圧がYとなったときに、長破線Dでは印加電圧がUとなったときに、破線L4では印加電圧がQ4となったときに、リーク電流が急激に増加し、絶縁基板1のクラックが検出されたということである。このときのYを実線Aの放電開始電圧Y、Uを長破線Dの放電開始電圧U、Q4を破線L4の放電開始電圧Q4と呼ぶ。
In FIG. 12, when the applied voltage is Y in the solid line A, the applied voltage is U in the long broken line D, and the applied voltage is Q4 in the broken line L4 in FIG. Furthermore, it rapidly increases and exceeds the crack determination current threshold value X. The fact that the current flowing through the insulating
本発明の実施の形態4にかかるクラック検出装置は、本発明の実施の形態2で述べた放電開始電圧と温度の関係、及び本発明の実施の形態3で述べたパッシェンの法則を利用して、本発明の実施の形態1、本発明の実施の形態2又は本発明の実施の形態3にかかるクラック検出装置よりも、絶縁基板1のクラックにおける放電開始電圧を下げることができる。なぜなら、本発明の実施の形態4にかかるクラック検出装置は、本発明の実施の形態1にかかるクラック検出装置に、絶縁基板1を加熱するヒーター3と、絶縁基板1がある雰囲気を減圧する圧力調節器10とがさらに加わっているので、絶縁基板1を加熱でき、さらに絶縁基板1がある雰囲気を減圧してクラック内の気圧を減圧することができるからである。言うまでもないが、放電開始電圧Q4は、放電開始電圧Q1、放電開始電圧Q2又は放電開始電圧Q3のどれよりも、小さい。
The crack detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention utilizes the relationship between the discharge start voltage and the temperature described in the second embodiment of the present invention and the Paschen's law described in the third embodiment of the present invention. As compared with the crack detection device according to the first embodiment of the present invention, the second embodiment of the present invention, or the third embodiment of the present invention, the discharge start voltage in the crack of the insulating
次に、本発明の実施の形態4にかかるクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法について説明する。図13は、本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法を示す工程フロー図である。本発明の実施の形態4にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板1のクラックの検出方法のステップS4の前に、ヒーター3によって密閉容器4内を高温にするステップS3−1と、圧力調節器10によって密閉容器4内を減圧するステップS3−2とが設けられている。すなわち、ステップS4は絶縁基板1が加熱された状態で、かつ絶縁基板1がある雰囲気を減圧した状態で行われる。その他のステップは、同一又は対応するので説明は省略する。ステップS3−1とステップS3−2の順序は入れ替わってもよく、ステップS4が絶縁基板1を加熱された状態で、かつ絶縁基板1がある雰囲気を減圧した状態で行われればよい。
Next, a crack detection method for an insulating substrate using the crack detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a process flow diagram illustrating a method for detecting cracks in an insulating substrate using the insulating substrate crack detecting apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The method for detecting a crack in the insulating
以上より、本発明の実施の形態4では、パワーモジュールなどの電力機器に用いられる絶縁基板1のクラックの有無を、絶縁基板1単体で、絶縁基板のクラックを印加電圧のさらに低い状態として検出することができる。
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the presence or absence of cracks in the insulating
本発明では、さらに、本発明の実施の形態1から実施の形態3のいずれか1つの実施の形態にかかる絶縁基板のクラック検出装置を用いた絶縁基板のクラックの検出方法でクラックが無いと判断された絶縁基板1に、Si、SiCなどを基材とする半導体素子を配置し、絶縁基板1と半導体素子とを樹脂で封止することによって、パワーモジュールを製造することができる。
In the present invention, it is further determined that there is no crack in the method for detecting a crack in an insulating substrate using the crack detecting device for an insulating substrate according to any one of the first to third embodiments of the present invention. A power module can be manufactured by disposing a semiconductor element based on Si, SiC or the like on the insulating
本明細書におけるパワーモジュールとは、絶縁基板を搭載し、Si、SiCなどを基材とする半導体素子などを搭載して、シリコーンゲルなどの封止樹脂で封止した、いわゆるケース型パワーモジュール、エポキシ樹脂などのモールド樹脂でトランスファー成型により封止した、いわゆるモールド型パワーモジュールなどのすべての半導体装置を示すものである。 The power module in this specification is a so-called case-type power module in which an insulating substrate is mounted, a semiconductor element based on Si, SiC, or the like is mounted and sealed with a sealing resin such as silicone gel, All semiconductor devices, such as what is called a mold type power module, sealed by transfer molding with a mold resin such as an epoxy resin are shown.
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
1 絶縁基板、1a 絶縁板、1b 第1の導電板、1c 第2の導電板、2 応力印加治具、2a 支え治具、2b ねじ治具、2c ブロック治具、3 ヒーター、4 密閉容器、5 電源、6 応力ゲージ、7 応力モニター、8 電流計、9 判定装置、10 圧力調節器。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の導電板と前記第2の導電板との間に電圧を印加する電源と、
前記第1の導電板と前記第2の導電板との間に流れる電流の値を測定する電流計と、
前記電流計によって測定された値から、前記絶縁基板のクラックの有無を判定する判定装置と、
を備えた絶縁基板のクラック検出装置。 A stress applying jig for applying a bending stress to an insulating substrate having an insulating plate and a first conductive plate on one surface of the insulating plate and a second conductive plate on the other surface of the insulating plate;
A power source for applying a voltage between the first conductive plate and the second conductive plate;
An ammeter for measuring a value of a current flowing between the first conductive plate and the second conductive plate;
From the value measured by the ammeter, a determination device that determines the presence or absence of cracks in the insulating substrate,
Insulating substrate crack detection device comprising:
をさらに備えた請求項1に記載の絶縁基板のクラック検出装置。 A heater for heating the insulating substrate;
The crack detection apparatus for an insulating substrate according to claim 1, further comprising:
をさらに備えた請求項1又は請求項2に記載の絶縁基板のクラック検出装置。 A pressure regulator for adjusting the atmospheric pressure of the atmosphere with the insulating substrate to a reduced pressure value;
The crack detection apparatus of the insulated substrate of Claim 1 or Claim 2 further provided.
曲げ応力が印加された前記絶縁基板の前記第1の導電板と前記第2の導電板との間に電圧を印加する第2の工程と、
前記第2の工程によって前記第1の導電板と前記第2の導電板との間に流れる電流を測定する第3の工程と、
前記第3の工程で測定した電流値から前記絶縁基板のクラックの有無を判定する第4の工程と、
を備えた絶縁基板のクラック検出方法。 Applying a bending stress to an insulating substrate having an insulating plate and a first conductive plate on one surface of the insulating plate and a second conductive plate on the other surface of the insulating plate;
A second step of applying a voltage between the first conductive plate and the second conductive plate of the insulating substrate to which bending stress is applied;
A third step of measuring a current flowing between the first conductive plate and the second conductive plate by the second step;
A fourth step of determining the presence or absence of cracks in the insulating substrate from the current value measured in the third step;
A method for detecting cracks in an insulating substrate comprising:
を特徴とする請求項4に記載の絶縁基板のクラック検出方法。 Performing the second step in a state where the insulating substrate is heated;
The method for detecting cracks in an insulating substrate according to claim 4.
を特徴とする請求項4又は請求項5に記載の絶縁基板のクラック検出方法。 The second step is performed in a state where the atmosphere with the insulating substrate is decompressed;
The method for detecting cracks in an insulating substrate according to claim 4 or 5, wherein:
パワーモジュールの製造方法。 A semiconductor element is disposed on the insulating substrate that is determined to have no cracks by the crack detection method for an insulating substrate according to any one of claims 4 to 6, and the insulating substrate and the semiconductor element are made of resin. A method for manufacturing a power module that is sealed with
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