DE102016201788A1

DE102016201788A1 - Method and device for monitoring the life of at least partial elements of electronic, in particular designed for use in power electronics, circuits

Info

Publication number: DE102016201788A1
Application number: DE102016201788.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Baumgartner; Werner Gergen; Martin Honsberg; Gerhard Mitic; Martin Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2017-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen, bei dem eine Anordnung einer Vielzahl von Antennen derart in der Nähe der Teilelemente platziert und betrieben wird, dass in die Teilelemente ein durch ein, elektrisches und/oder magnetisches Feld der Antennen derart einwirkt, dass hierdurch kontaktlos elektrische Größen, insbesondere elektrischem Strom und/oder Potenzialdifferenzen, in den Teilelementen erzeugt werden, wobei auf Grundlage der induzierten elektrischen Größen zumindest eine mit der Lebensdauer korrelierende physikalische Größe ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring the life of at least partial elements of electronic, in particular for use in power electronics ausgestalteter circuits, in which an arrangement of a plurality of antennas is placed and operated in the vicinity of the sub-elements, that in the sub-elements through a, electric and / or magnetic field of the antennas acts such that thereby contactless electrical quantities, in particular electrical current and / or potential differences, are generated in the sub-elements, wherein based on the induced electrical quantities at least one correlating with the life physical size is determined , Furthermore, the invention relates to an arrangement for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. The present invention relates to a method for monitoring the life of at least partial elements of electronic circuits, in particular designed for use in power electronics, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a device for monitoring the service life of at least partial elements of electronic, in particular designed for use in power electronics, circuits according to the preamble of claim 9.

Aus der Elektrotechnik ist es bekannt, dass Leistungsmodule, wie beispielsweise so genannte „Insulated-Gate Bipolar Transistor“-, IGBT-Module leistungselektronischer Umrichter einer Alterung durch den normalen Betrieb innerhalb ihrer spezifizierten Betriebsgrenzen unterliegen. From electrical engineering it is known that power modules, such as so-called "Insulated Gate Bipolar Transistor", IGBT modules power electronic converters are subject to aging by normal operation within their specified operating limits.

Diese Alterung wird hauptsächlich durch eine hohe Zahl von Zyklen der Betriebserwärmung und -abkühlung hervorgerufen, die zur allmählichen Zerstörung von kühlenden Chiplotschichten unter den Halbleiterchips und zur Ermüdung von Bonddrähten und Chipmetallisierungen führen, die den Strom in die schaltenden und gleichrichtenden Chips leiten. This aging is mainly caused by a high number of cycles of operation heating and cooling that result in the gradual destruction of cooling chip layers beneath the semiconductor chips and fatigue of bond wires and chip metallizations that conduct the current into the switching and rectifying chips.

Typische Fehlermechanismen sind der so genannte „Bond Lift-Off“, der „Heel-Crack“ und die Lotermüdung von Chip- und Systemlot. Typical failure mechanisms are the so-called "bond lift-off", the "heel crack" and the solder fatigue of chip and system solder.

In bezüglich eines Ausfalls unkritischen Einsatzgebieten kann der tatsächliche Ausfall eines Schaltmoduls in der Regel abgewartet werden, erst dann erfolgt Ersatz. Dies kann allerdings zu einem ungewollt hohem Aufwand oder sogar Schaden führen, wenn zum Beispiel dieser Ausfall zu einem ungünstigen Zeitpunkt eintritt, in dem ein Reparaturservice zeitlich oder örtlich nicht oder nicht ohne Weiteres verfügbar ist. In terms of failure non-critical applications, the actual failure of a switching module can usually be waited until replacement occurs. However, this can lead to an unintentionally high cost or even damage, for example, if this failure occurs at an unfavorable time in which a repair service is not or not readily available in time or place.

Hierfür, aber vor Allem auch für den Einsatz in ausfallkritischen Anordnungen gibt es verschiedene Lösungswege auf der System- oder der Wartungsebene, Leistungsmodulausfällen zu begegnen. Ein Weg ist, Redundanz für die Schaltmodulfunktionen einzuplanen. So gibt es beispielsweise in kaskadierten Höchstspannungsschaltern mehr Module als zwingend nötig wären. Fällt ein Schaltmodul aus, wird es durch eine sichere Maßnahme, beispielsweie durch eine Sprengkapsel oder ein Relais, zum Kurzschluss gebracht und stört den Betrieb nicht weiter. Die verbliebenen Schaltmodule sind aufgrund der vorgehaltenen Redundanz in der Lage, die Betriebsspannung zu übernehmen. For this purpose, but above all also for use in failure-critical arrangements, there are various solutions at the system or maintenance level to counter power module failures. One way is to schedule redundancy for the switch module functions. For example, in cascaded high-voltage switches, there are more modules than are absolutely necessary. If a switching module fails, it is brought to a short circuit by a safe measure, for example by a detonator or a relay, and does not interfere with operation. The remaining switching modules are able to take over the operating voltage due to the retained redundancy.

Eine alternative Lösung hierzu liegt darin bereits lange vor einem zu erwartenden Ende der Schaltmodullebensdauer, dieses Modul während eines geplanten Betriebsstillstandes präventiv auszuwechseln. Beide Lösungen haben jedoch den Nachteil ineffektiven Einsatzes von Modulen und damit verbundener Mehrkosten. An alternative solution to this problem lies long before an expected end of the switching module life, to preventively replace this module during a planned shutdown. However, both solutions have the disadvantage of ineffective use of modules and associated additional costs.

Es wird unter anderem auch aus diesem Grund versucht diesem mit Hilfe von thermischen Modellen und beschleunigter Lebensdauerprüfung auf eine zu erwartende sowie die bereits verbrauchte Lebensdauer zu schließen. Aufgrund der verwendeten Modelle sind diese Berechnungen jedoch mit großen Fehlern behaftet. Among other things, this is why it tries to close this with the help of thermal models and accelerated life test on an expected as well as the already used life. Due to the models used, however, these calculations are subject to large errors.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung anzugeben, die eine zutreffendere Alterungsbestimmung von Leistungsmodulen, insbesondere von Umrichtern, ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a solution that allows a more accurate aging determination of power modules, in particular of converters.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch die Anordnung zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method for monitoring the life of at least partial elements of electronic, in particular designed for use in power electronics, circuits with the features of claim 1 and by the arrangement for monitoring the life of at least sub-elements of electronic, in particular for use in the Power electronics designed, circuits solved according to the features of claim 9. Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Lebensdauer von zumindest von Teilelementen elektronischer, insbesondere zur Nutzung in der Leistungselektronik ausgestalteter, Schaltungen, wird eine Anordnung einer Vielzahl von Antennen derart in der Nähe der Teilelemente platziert und betrieben, dass in die Teilelemente durch ein, elektrisches und/oder magnetisches Feld der Antennen derart eingewirkt wird, dass hierdurch kontaktlos elektrische Größen, insbesondere elektrischer Strom und/oder Potenzialdifferenzen, in den Teilelementen erzeugt werden, wobei auf Grundlage der induzierten elektrischen Größen zumindest eine mit der Lebensdauer korrelierende physikalische Größe ermittelt wird. In the method according to the invention for monitoring the life of at least partial elements of electronic circuits designed especially for use in power electronics, an arrangement of a multiplicity of antennas is placed and operated in the vicinity of the subelements such that one, electric and / or or magnetic field of the antennas is acted such that thereby contactless electrical variables, in particular electrical current and / or potential differences, are generated in the sub-elements, wherein based on the induced electrical quantities at least one correlating with the life physical variable is determined.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise unter Nutzung einer Antennenanordnung auf eine elektronische Schaltung derart einzuwirken, dass zumindest eine mit der Lebensdauer korrelierende physikalische Größe ermittelt wird, ist man in der Lage die verbleibende Lebensdauer der Schaltung im laufenden Betrieb zu bestimmen. Insbesondere bei Schaltungen der Leistungselektronik, wie sie beispielsweise bei Umrichtern eingesetzt werden, da die erfindungsgemäße Zustandsüberwachung im Hinblick auf die Restlebensdauer im normalen Schaltbetrieb des Umrichter erfolgen kann. By the method of the invention using an antenna arrangement to act on an electronic circuit such that at least one correlates with the lifetime physical size is determined, one is able to determine the remaining life of the circuit during operation. In particular, in circuits of power electronics, such as those used in converters, since the condition monitoring according to the invention can be carried out in terms of the remaining life in normal switching operation of the inverter.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Einwirkung durch eine elektrische Anregung der Antennen derart, dass sie, insbesondere über einen Anschluss mittels Koaxialkabel, galvanisch getrennt betrieben werden. Hierdurch wird ein von der überwachten Schaltung abgekoppelter elektronischer Schaltkreis gewährleistet, der losgelöst von der Versorgung aber auch unbeeinflusst von Störeinflüssen in der überwachten Schaltung funktioniert und somit sowohl eine akkuratere Messung als auch höhere Ausfallsicherheit gewährleistet. In a further development of the invention, the action is effected by an electrical excitation of the antennas such that they are operated galvanically separated, in particular via a connection by means of coaxial cables. This ensures a decoupled from the monitored circuit electronic circuit, which works detached from the supply but also unaffected by disturbances in the monitored circuit and thus ensures both a more accurate measurement and higher reliability.

Eine hierzu alternative Weiterbildung, die ebenfalls die genannten Vorteile der Abkopplung aufweist ist gegeben, wenn eine elektrische Anregung der Antennen kontaktlos, insbesondere durch Nahfeldkoppler oder HF-Kleinschaltkreise, erfolgt. An alternative development, which also has the aforementioned advantages of decoupling is given when an electrical excitation of the antennas without contact, in particular by Nahfeldkoppler or small HF circuits, takes place.

Vorzugsweise erfolgt gemäß einer Weiterbildung eine Auswertung von seitens der Teilelemente reflektierter Anteile von Hochfrequenzwellen von der Vielzahl von Antennen abgestrahlten Hochfrequenzwellen. Hierdurch wird die Ermittlung einer korrelierenden physikalischen Größe wie beispielsweise Risse möglich. According to a further development, an evaluation of portions of high-frequency waves reflected by the sub-elements is preferably carried out by high-frequency waves emitted by the plurality of antennas. This makes it possible to determine a correlating physical quantity, such as cracks.

Ausreichend kleine Antennen können dabei eingesetzt werden, wenn die hochfrequenten Wellen insbesondere im Frequenzbereich von 2 bis 70 GHz liegen. Je höher die Frequenzen, desto höher ist dabei die Ortsauflösung von sich aus den reflektierten Anteilen ergebenden Spektren der überwachten Schaltung Sufficiently small antennas can be used if the high-frequency waves are in the frequency range from 2 to 70 GHz in particular. The higher the frequencies, the higher is the spatial resolution of the reflected portions resulting spectra of the monitored circuit

Erfindungsgemäß werden alternativ oder ergänzend die Hochfrequenzwellen dabei auch für die Überwachung der Funktion der elektrischen Verbindungen der Schaltung, ebenso wie die Kontakte und die Isolationsabstände eingesetzt. According to the invention, alternatively or additionally, the high-frequency waves are also used for monitoring the function of the electrical connections of the circuit, as well as the contacts and the insulation distances.

Zur Implementierung der Erfassung der Restlebenszeitermittlung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Auswertung auf Grundlage einer, insbesondere mittels einer so genannten „Spread Spectrum Time Domain Reflectometry, SSTDR“, einer Puls-Laufzeit-Echo Methode oder frequenzmoduliertem Dauerstrich-Radar durchgeführten, Messung erfolgt. In order to implement the detection of the residual lifetime determination, it is of particular advantage if the evaluation takes place on the basis of a measurement carried out in particular by means of a so-called "spread spectrum time domain reflectometry, SSTDR", a pulse transit time echo method or frequency-modulated continuous wave radar ,

Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung werden als Vielzahl von Antennen eine Anordnung von Flachantennen, insbesondere Spiralantennen platziert. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendung der Erfindung bzw. der hierfür notwendigen Einrichtungen innerhalb von Gehäusen. In a further development of the invention, as an array of antennas, an array of planar antennas, in particular spiral antennas, is placed. This allows in particular the application of the invention or the necessary facilities within housings.

Wird die Anordnung von Antennen außerhalb, insbesondere oberhalb, einer Behausung zumindest der Teilelemente, betrieben, lassen sich so bereits im Einsatz befindende Schaltungen für die Anwendung der Erfindung nachrüsten. If the arrangement of antennas is operated outside, in particular above, a dwelling of at least the subelements, then circuits already in use can be retrofitted for the application of the invention.

Bevorzugt erfolgt die Platzierung der Anordnung der Antennen in der Nähe von Leitungselementen der Teilelemente der Schaltung derart, dass Einkopplungen seitens der Antennen abgestrahlter hochfrequenter Wellen in die Leitungselemente gewährleistet ist, so wird die Effizienz der erfindungsgemäßen Überwachung gesteigert, da die Wellen gezielter eingesetzt und auch somit die reflektierten Anteile aussagekräftiger werden. Preferably, the placement of the arrangement of the antennas in the vicinity of line elements of the sub-elements of the circuit is such that coupling is ensured by the antennas radiated high-frequency waves in the line elements, the efficiency of the monitoring according to the invention is increased, since the waves used targeted and thus the reflected shares become more meaningful.

Hierdurch können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ihre Vorteile voll entfalten. As a result, the method according to the invention and the devices according to the invention can fully develop their advantages.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt The present invention will now be explained in more detail with reference to embodiments of the invention illustrated in FIGS. It shows

1 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in Form einer Anordnung von vier Spiralantennen oberhalb von Halbleitern innerhalb eines Leistungsmoduls in schematischer Draufsicht, 1 an exemplary embodiment of the invention in the form of an arrangement of four spiral antennas above semiconductors within a power module in a schematic plan view,

2 die beispielshafte Ausführungsform der Erfindung in Form einer Anordnung von vier Spiralantennen oberhalb von Halbleitern innerhalb eines Leistungsmoduls in schematischer Seitenansicht, 2 the exemplary embodiment of the invention in the form of an arrangement of four spiral antennas above semiconductors within a power module in a schematic side view,

3 eine beispielshafte Ausführungsform der Erfindung in Form einer Anordnung von vier Spiralantennen oberhalb von Halbleitern, jedoch außerhalb des Gehäuses eines Leistungsmoduls in schematischer Seitenansicht. 3 an exemplary embodiment of the invention in the form of an arrangement of four spiral antennas above semiconductors, but outside the housing of a power module in a schematic side view.

Die nachfolgend näher geschilderten teilweise nicht dargestellten Ausführungsbeispiele bzw. Ausgestaltungen einzelner Elemente hiervon stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. The exemplary embodiments or configurations of individual elements thereof, which are not described in detail below, represent preferred embodiments of the present invention. However, this is not limited thereto.

1 zeigt eine Antennenanordnung A_AN bestehend aus vier Spiralantennen A1...A4, welche oberhalb einer Leiterplatte („Basis Plate“) BP Halbleitern („Chips“) eines Leistungsmoduls platziert sind, wobei sie im Wesentlichen in der Nähe von Leistungshalbleitern angeordnet sind. 1 shows an antenna array A_AN consisting of four spiral antennas A1 ... A4, which are placed above a printed circuit board ("base plate") BP semiconductors ("chips") of a power module, wherein they are arranged substantially in the vicinity of power semiconductors.

Ein Anschluss zur Anregung der Antennen A1...A4 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drahtlos durch Kopplung mittels Nahfeldkopplern, im dargestellten Beispiel als – in der Figur durch Rechtecke angedeutete – Hochfrequenzkleinschaltkreise HF1...HF4 ausgestaltet. A connection for excitation of the antennas A1 ... A4 is carried out in the illustrated embodiment wirelessly by coupling means Nahfeldkopplern, in the example shown as - indicated in the figure by rectangles - Hochfrequenzkleinschaltkreisreise HF1 ... HF4 designed.

In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, welches als schematische Seitenansicht der oben beschriebenen Schaltungsanordnung betrachtet werden kann, ist eine alternative Anschlussvariante mittels Koaxialkabeln CX zu erkennen, welche aus der Schaltungsabdeckung („Plastik Casing“) PC nach außen geführt sind, so dass sie von Außen mit entsprechenden Signalen gespeist werden können bzw. eine Signalentnahme dort erfolgen kann. In the in 2 illustrated embodiment, which can be considered as a schematic side view of the circuit arrangement described above, an alternative connection variant by means of coaxial cables CX can be seen, which from the circuit cover ("plastic casing") PC after are guided outside, so that they can be fed from the outside with appropriate signals or a signal can take place there.

Alternativ können die Spiralantennen A1...A4 auch oberhalb des zu überwachenden Leistungsmoduls platziert und angeschlossen werden, wie es in 3 dargestellt ist. Alternatively, the spiral antennas A1... A4 can also be placed and connected above the power module to be monitored, as shown in FIG 3 is shown.

Für alle Ausführungsbeispiele, insbesondere die in den 1 bis 3 dargestellten, werden im Folgenden weitere auch für sie geltende Details der Erfindung erläutert. Hierbei gilt, dass sie im folgenden beschriebenen Vorteile der Erfindung aufweisen und durch einzelne im Folgenden beschriebenen alternativ oder ergänzende Weiterbildungen darüber hinaus vorteilhaft weiterentwickelt werden können, wobei diese Weiterbildungen einzeln oder in Kombination hierzu eingesetzt werden können. For all embodiments, in particular those in the 1 to 3 are shown, further applicable also for them details of the invention are explained below. It should be understood that they have the advantages of the invention described below and that they can be developed further advantageously by means of individual or supplementary developments described below, wherein these developments can be used individually or in combination for this purpose.

Die Erfindung umfasst auch, dass Antennen A1...A4 in Leistungsmodulen IGBT oder leistungselektronischen Systemen in der Nähe der Leistungshalbleiter IGBT_D untergebracht werden. Hierbei sollen ausdrücklich auch leistungselektronische Systeme mit Leistungshalbleitern IGBT_D auf Leiterplatten BP oder anderen Substraten CS in einem so genannten 2D- oder 3D-Package berücksichtigt werden. The invention also includes that antennas A1 ... A4 are accommodated in power modules IGBT or power electronic systems in the vicinity of the power semiconductors IGBT_D. In this case, power electronic systems with power semiconductors IGBT_D on printed circuit boards BP or other substrates CS in a so-called 2D or 3D package should also be explicitly considered.

Die Antennen A1...A4 werden benutzt um mit Hilfe eines Magnetfeldes einen Strom in eine Leiterstruktur zu induzieren oder mit Hilfe eines elektrischen Feldes eine Potentialdifferenz zwischen zwei isolierten Leitungsstrukturen zu erzeugen. Je nach Frequenzbereich, Wirkungsgrad und Geometrie können zum dargestellten Beispiel alternativ oder ergänzend Spulen zur magnetischen Einkopplung in eine Zuleitung oder Elektroden zur elektrischen Einkopplung auf Leitungsstrukturen oder zur Einkopplung einer elektromagnetischen Welle wie dargestellt Antennen A1...A4 verwendet werden, um die erfindungsgemäße Lebenszeitbestimmung zu verwirklichen, bei der im Kern so Verfahren wird, dass mehrere dieser Einkoppelelemente (Spulen oder Elektroden oder Antennen) in kleinem Abstand über oder neben dem Leistungsmodul platziert werden, so dass an möglichst vielen Stellen des Leistungsmoduls elektrische Energie ein- bzw. ausgekoppelt werden kann. The antennas A1... A4 are used to induce a current into a conductor structure with the aid of a magnetic field or to generate a potential difference between two insulated conductor structures with the aid of an electric field. Depending on the frequency range, efficiency and geometry, for the illustrated example, coils for magnetic coupling into a feed line or electrodes for electrical coupling to line structures or for coupling in an electromagnetic wave as shown antennas A1... A4 can be used to achieve the lifetime determination according to the invention Realize in which the core method is that several of these coupling elements (coils or electrodes or antennas) are placed at a small distance above or next to the power module, so that at as many points of the power module electrical energy can be switched on and / or out.

Damit lassen sich mehrere Übertragungswege der elektrischen Signale und somit also viele Reflexions- und Transmissionswege analysieren. Thus, several transmission paths of the electrical signals and thus thus many reflection and transmission paths can be analyzed.

Es wird erfindungsgemäß sich zunutze gemacht, dass aufgrund des so genannten Skin-Effekts ein Hochfrequenz-(HF)-Strom nur an der Oberfläche von Leitungsstrukturen fließt und daher Hochfrequenzwellen sensitiv auf oberflächliche Veränderungen im elektrischen Leitungspfad des Leistungsmoduls reagieren. It is made use of according to the invention that, due to the so-called skin effect, a high-frequency (HF) current flows only at the surface of line structures and therefore high-frequency waves react sensitively to superficial changes in the electrical conduction path of the power module.

Die Erfindung setzt vor Allem aber nicht ausschließlich bei der thermomechanische Alterung des Leistungsmoduls IGBT_D an. Diese Alterung beinhaltet den so genannten Heel-Crack, den so genannten Bond Lift-Off, die Ermüdung der Chipmetallisierung und die Lotermüdung durch Risse im Lot. Above all, however, the invention is not exclusively based on the thermomechanical aging of the power module IGBT_D. This aging includes the so-called heel crack, the so-called bond lift-off, the fatigue of the chip metallization and the solder fatigue due to cracks in the solder.

Erfindungsgemäß wird die Tatsache genutzt, dass in der Regel diese thermo-mechanischen Risse oberflächlich eingeleitet werden und sich mit zunehmender Alterung immer weiter ausbreiten. According to the invention, the fact is exploited that as a rule these thermo-mechanical cracks are introduced on the surface and continue to spread with increasing aging.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise erlauben reflektierte HF-Wellen einen Nachweis der fortschreitenden Alterung bereits im frühen Stadium. Due to the procedure according to the invention, reflected RF waves permit evidence of progressive aging already in the early stage.

Flache Antennen wie Spiralantennen A1...A4 lassen sich im Bereich oberhalb der Bauelemente auf Leiterplatten BP aus isolierendem Materialien anbringen. Wie dargestellt sollen in der Regel mehrere Antennen A_AN, insbesondere im Modulgehäuse, verbaut werden, die auch die Messung einer gegenseitigen Verkopplung der HF-Reflexe erlauben. Dies gilt auch, wenn wie oben beschrieben alternativ die Antennen A_AN ebenfalls oberhalb aber außerhalb der Module, insbesondere des Modulgehäuses, angebracht werden. Flat antennas such as spiral antennas A1 ... A4 can be mounted in the region above the components on printed circuit boards BP made of insulating materials. As shown, a plurality of antennas A_AN, in particular in the module housing, are usually to be installed, which also allow the measurement of a mutual coupling of the RF reflections. This also applies if, as described above, alternatively the antennas A_AN are also mounted above but outside the modules, in particular the module housing.

Antennen zur magnetischen Einkopplung des Messsignals befinden sich in der Nähe von Leitungselementen, z.B. in der Nähe der Modulanschlüsse. Antennen zur Einkopplung eines elektrischen Feldes befinden sich in der Nähe von großflächigen Leiterstrukturen, um beispielsweise eine Potentialdifferenz zw. der Drain- und der Sourceanschlussfläche zu erzeugen. Antennas for the magnetic coupling of the measurement signal are located in the vicinity of line elements, e.g. near the module connections. Antennas for coupling an electric field are located in the vicinity of large-area conductor structures in order, for example, to generate a potential difference between the drain and the source terminal surface.

Als elektrisches Messverfahren können sowohl Modulationsverfahren, wie beispielsweise SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry), als auch Puls-Laufzeit-Echo Methoden oder ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-RADAR genutzt werden. As an electrical measuring method, both modulation methods, such as SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry), as well as pulse transit time echo methods or a frequency-modulated continuous-wave RADAR can be used.

Erfindungsgemäß liegen Frequenzen hier einsetzbarer ausreichend kleiner Antennen im Bereich von 2 bis 70GHz, wobei die hohen Frequenzen den Vorteil aufweisen, eine hohe Ortsauflösung von wenigen Millimeter im Leistungsmodul zu erlauben, wodurch sich thermo-mechanische Ermüdungen einzelner Chips eines Multichipmoduls auflösen und sich Änderungen der HF-Spektren nachweisen lassen, die als charakteristische Signatur (im Zeitbereich) der Modultopologie gelten. Zusätzlich zur thermomechanischen Alterung kann erfindungsgemäß mit der Hochfrequenz auch die Funktion der elektrischen Verbindungen und Kontakte und Isolationsabstände im Umrichter überwacht werden. According to the invention, frequencies that can be used here are sufficiently small in the range from 2 to 70 GHz, the high frequencies having the advantage of permitting a high spatial resolution of a few millimeters in the power module, whereby thermo-mechanical fatigue of individual chips of a multichip module is resolved and changes in the HF Spectra, which are considered characteristic signature (in the time domain) of the module topology. In addition to the thermo-mechanical aging, the function of the electrical connections and contacts and insulation distances in the converter can be monitored according to the invention with the high frequency.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr alle denkbaren lediglich durch den Schutzbereich der Ansprüche beschränkten Variationen und/oder Kombinationen einzelner Elemente hiervon, die durch hochfrequente Wellen eine ausreichend genaue Prognose für die noch verbleibende Betriebslebensdauer zulassen. The invention is not limited to the specified embodiments. Rather, it encompasses all conceivable variations and / or combinations of individual elements which are limited only by the scope of the claims and which permit a sufficiently accurate prognosis for the remaining service life by means of high-frequency waves.

Claims

Method for monitoring the life of at least partial elements of electronic circuits, in particular configured for use in power electronics, characterized in that an arrangement of a multiplicity of antennas is placed and operated in the vicinity of the partial elements such that a subdivision into electrical and / or magnetic field of the antennas acts such that thereby contactless electrical quantities, in particular electrical current and / or potential differences, is generated in the sub-elements, wherein based on the induced electrical quantities at least one correlating with the life physical size is determined.

Method according to the preceding claim, characterized in that the action by an electrical excitation of the antennas takes place in such a way that they are operated galvanically separated, in particular via a connection by means of coaxial cable, waveguide, glass fiber or microstrip.

A method according to claim 1, characterized in that an electrical excitation of the antennas without contact, in particular by Nahfeldkoppler or small HF circuits, takes place.

Method according to the preceding claims, characterized in that an evaluation of portions of high-frequency waves reflected by the sub-elements is effected by high-frequency waves radiated by the plurality of antennas.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation on the basis of, in particular carried out by means of a so-called "spread spectrum Time Domain Reflectometry, SSTDR", a pulse transit time echo method or frequency-modulated continuous wave radar measurement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a plurality of antennas, an array of flat antennas, in particular spiral antennas are placed.

Method according to one of the preceding claims, that the arrangement of antennas outside, in particular above, a dwelling of at least the sub-elements operated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the placement of the arrangement of the antennas in the vicinity of line elements of the sub-elements of the circuit is such that coupling is ensured by the antenna radiated high-frequency waves in the line elements.

Device for monitoring the service life of at least partial elements of electronic circuits, in particular configured for use in power electronics, characterized in that an arrangement of a plurality of antennas is placed and arranged in the vicinity of the subelements such that a subdivision into electrical and / or magnetic field of the antennas acted such that thereby contactless electrical quantities, in particular electrical current and / or potential differences, are generated in the sub-elements, wherein based on the induced electrical quantities at least one correlated with the lifetime physical quantity is determined.

Device according to the preceding claim, characterized by means for carrying out the method according to one of claims 2 to 8.