JP2019520715A - 電気部品のための電気絶縁材料に自動調整電界緩和特性を与える、電気絶縁材料を処理する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
均質な複合混合物を得るように、電気絶縁ホストマトリックスに該ホストマトリックスの誘電率より高い誘電率を有する粒状充填材を混合するステップと、
絶縁すべき電気部品の上記少なくとも1つの表面を、均質な複合混合物で覆うステップと、
上記少なくとも1つの電気接点を用いて均質な複合混合物に電界を印加して、不均質な混合物を得るステップと
を含んでなる方法が提案される。
均質な複合混合物を得るように、電気絶縁ホストマトリックスにホストマトリックスの誘電率より高い誘電率を有する粒状充填材を混合するように構成された手段と、
絶縁すべき電気部品の少なくとも1つの表面を、均質な複合混合物で覆うように構成された手段と、
上記少なくとも1つの電気接点を用いて均質な複合混合物に電界を印加するように構成された手段と
を備えてなる装置を提案する。
最初に、露出した電気部品が作製される。例えば、このステップ10では、未だ電気絶縁されていないIGBT又はJFET(接合型電界効果トランジスタ)ベースのパワーモジュールの場合、デバイスは、リソグラフィの技法、又はマイクロエレクトロニクスから導出される他の既知の技法を用いて作製される。
最初に、粒状充填材とも呼ばれるゲスト粒子が均質に充填された電気絶縁ホストマトリックスから、混合物が作製される。本明細書に記載する例では、ホストマトリックスは、10:1のポリマー/硬化剤重量比で硬化剤が混合された一般に「エポキシ樹脂」と呼ばれる、エポキシド系液体ポリマーマトリックスである。したがって、ホストマトリックスは、硬化液体ポリマー媒体を構成する。粒状充填材は、例えばチタン酸ストロンチウム粉末(SrTiO3)からの無機粒子を含む。それら粒子は、通常、100nm〜100マイクロメートルの範囲のマイクロメートルサイズを有する。本発明の範囲から逸脱することなく、100ナノメートル未満のナノメートルサイズの粒子もまた、単独で又はマイクロメートルサイズの粒子と組み合わせて使用することができる。チタン酸ストロンチウム粒子は、エポキシドポリマーマトリックスの比誘電率(通常、3〜6の範囲)に対するそれらの比誘電率(すなわち、高誘電率)(通常、塊の状態で100〜400の範囲)に対して選択された。
−例えば、熱硬化性樹脂(ポリエステル又はエポキシド、ポリイミド、ポリエステルイミド等)、熱可塑性樹脂(ポリエチレン、ポリウレタン等)又はエラストマ樹脂(シリコーンゲル又はゴム)等、(固体状態において、1MHzでかつ25℃で測定された)20以下の比誘電率を有する有機ポリマーマトリックス、及び、
−例えば、SrTiO3、BaTiO3、Ba1−xSrxTiO3、SiC、Al2O3、AlN、BN、Si3N4、SiO2、ZnO、MgO、CaCu3Ti4O12、TiO2、MoS2、Ca2Nb3O10、SiwAlxOyNz、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)若しくはポリアミド(PA)又はこれらの材料の組合せに基づく粒状充填材等、(固体状態において、50Hzでかつ25℃で測定された)厳密に2より高い比誘電率を有する粒状充填材、条件は、粒状充填材の比誘電率は、ホストマトリックスの比誘電率より厳密に高くなければならないということである。
このステップは、絶縁すべき部品100のその表面全体を、封止するために、前のステップの最後に得られた均質なエポキシド/SrTiO3複合材料で覆うことにある。この目的で、エポキシド/SrTiO3均質複合混合物140を、通常、液体手段によりポリマーを堆積させる技法を用いて、部品の表面上に堆積させる。この技法には幾つかの利点があり、すなわち、実施が簡単であり、機器に関して必要なコストが低く、広い表面積と可変のマイクロメートル又はミリメートル厚さとを有する層の作製が可能である。さらに、この技法は、容易に工業に転換することができる。
本発明による方法のこのステップは、保護材料が電気的応力の下で示す可能性がある電界増強ゾーンに対して適合された粒子の空間分布に応じて誘電率のプロファイルを得るために、ポリマーマトリックスにおけるチタン酸ストロンチウムの粒子の移動を促進するように、複合混合物140に電界を印加することにある。この電気的処理を行うために、2つの特定の技法が提案される。すなわち、DC電界の印加(電気泳動)とAC電界の印加(誘電泳動)とである。第2の技法については後述する。
1つの特定の実施態様では、DC電界(又はより包括的には、DC成分を含む電界)が、DC電界150の印加手段を用いて部品の電気接点120及び130の間に生成される。これらの手段は、例えば、電気接点120及び130を異なる電位にするように構成されたDC電圧源151と、位置(開又は閉)に応じて電界を印加するか又は印加しないスイッチ152とを備える。有利には、電圧源151の極は、電気部品の外部からアクセス可能な部分125及び135に電気的に接続される。
a)「高周波数」AC電界の印加
図7に原理を示すこの特定の実施形態では、AC電界が、AC電界を印加する手段170を用いて部品の電気接点120及び130の間に生成される。これらの手段は、例えば、電気接点120及び130を所与の周波数で異なる電位にするように構成されたAC電圧源171と、位置(開又は閉)に応じて電界を印加するか又は印加しないように使用されるスイッチ172とを含む。有利には、電圧源171の極は、部品の外部からアクセス可能な接続部125及び135に電気的に接続される。
図9及び図11に原理を示すこの代替実施態様では、2つの電気接点120及び130の両端に、低周波数AC電界が印加される。図7に示す特定の実施形態とは異なり、AC電界は、ここでは、10Hz以下の周波数で印加される。
そして、本方法は、熱的処理(凝固焼きなまし処理とも呼ぶ)を用いて不均質な複合材料の硬化を行う。この目的で、部品は炉内に導入され、その後、15分の持続時間、空気下で、温度は(15℃/分の勾配で)150℃にされる。このステップを用いて、ポリマー分子の架橋により液体ホストマトリックスの硬化が可能になり、したがって、ステップ40の最後にこのように得られる粒子の空間分布が固定される。ここで、熱的処理操作が行われる。熱重合性液体ポリマーマトリックスの代わりに、電磁放射線(例えば、UV放射線又はマイクロ波)による処理に反応する別のタイプの液体ポリマーマトリックスを使用することが事実上可能である。当業者の研究範囲内の試験により、選択された液体ポリマーマトリックスに適した硬化のためにパラメータ(温度レベル、持続時間、上昇及び下降勾配、電磁放射線源など)を設定することができる。
Claims (19)
- 第1の電気接点(120)及び第2の電気接点(130)を備える絶縁すべき電気部品(100)の少なくとも1つの表面を覆うように意図された電気絶縁保護材料を処理する方法であって、
均質な複合混合物を得るように、電気絶縁ホストマトリックスに該ホストマトリックスの誘電率より高い誘電率を有する粒状充填材を混合するステップ(20)と、
前記絶縁すべき電気部品の前記少なくとも1つの表面を、前記均質な複合混合物で覆うステップ(30)と、
前記覆うステップに続き、前記第1の電気接点及び前記第2の電気接点を用いて前記均質な複合混合物に電界を印加して、不均質な混合物を得るステップ(40)と
を含むことを特徴とする方法。 - 電界を印加する前記ステップに続き前記複合混合物を硬化させるステップ(50)を更に含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記複合混合物を硬化させるステップ(50)が、電界を印加する前記ステップの間に実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 印加される前記電界はDC電界であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電界は、前記第1の接点と前記第2の接点との間の電位極性の所定の差を用いて印加されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 印加される前記電界はAC電界であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電界は、厳密に10Hzを超える周波数で印加されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記電界は、10Hz以下の周波数で印加されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記電界は、第2のDC電気信号の上に重ね合わされる所定形状の第1のAC電気信号を用いて印加されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記電界は2kV/mm未満の振幅で印加されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ホストマトリックスは1〜20の比誘電率を有し、前記粒状充填材は2より高い誘電率を有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 電界を印加する前記ステップは、前記第1の電気接点及び前記第2の電気接点のうちの一方と協働する前記電気部品の外部接続部を用いて行われることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 電界を印加する前記ステップは、前記第1の電気接点及び前記第2の電気接点のうちの一方に電気的に接続するように意図された少なくとも1つの一時的なかつ取外し可能な対電極を用いて行われることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 絶縁すべき電気部品を作製するステップを含む、電気部品を製造する方法であって、請求項1〜13のいずれか一項に記載の電気絶縁保護材料を処理するステップを含むことを特徴とする、製造方法。
- 請求項14に記載の製造方法によって得られた電気部品。
- 絶縁すべき電気部品(100)の少なくとも1つの表面を覆う電気絶縁保護材料(160)であって、前記絶縁すべき電気部品(100)は、該材料との第1の接触面及び第2の接触面をそれぞれ形成する第1の電気接点及び第2の電気接点を備え、該材料は、電気絶縁ホストマトリックスと該ホストマトリックスの比誘電率より高い比誘電率の粒状充填材とから構成される不均質な複合混合物を備え、
前記粒状充填材が、前記第1の接触面及び前記第2の接触面のうちの一方の表面に少なくとも部分的に堆積する層の形態をとることを特徴とする、電気絶縁保護材料。 - 第1の電気接点及び第2の電気接点を備える絶縁すべき電気部品(100)の少なくとも1つの表面を覆う電気絶縁保護材料(180)であって、該材料は、電気絶縁ホストマトリックスと該ホストマトリックスの比誘電率より高い比誘電率の粒状充填材とから構成される不均質な複合混合物を備え、
前記粒状充填材は、前記第1の接点と前記第2の接点との間に延在する集中した粒子の鎖の形態をとることを特徴とする、電気絶縁保護材料。 - 第1の電気接点及び第2の電気接点を備える絶縁すべき電気部品(100)の少なくとも1つの表面を覆う電気絶縁保護材料(190)であって、該材料は、電気絶縁ホストマトリックスと該ホストマトリックスの比誘電率より高い比誘電率の粒状充填材とから構成される不均質な複合混合物を備え、
前記粒状充填材は、前記第1の電気接点及び前記第2の電気接点それぞれの表面に少なくとも部分的に堆積した第1の層及び第2の層の形態をとることを特徴とする、電気絶縁保護材料。 - 第1の電気接点及び第2の電気接点を備える絶縁すべき電気部品の少なくとも1つの表面を覆うように意図された電気絶縁保護材料を処理する装置であって、
均質な複合混合物を得るように、電気絶縁ホストマトリックスに該ホストマトリックスの誘電率より高い誘電率を有する粒状充填材を混合するように構成された手段と、
前記電気部品の前記少なくとも1つの表面を、前記均質な複合混合物で覆うように構成された手段と、
前記第1の電気接点及び前記第2の電気接点を用いて前記均質な複合混合物に電界を印加するように構成された手段(150、170)と
を備えることを特徴とする、装置。
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