JP2002119043A - Semiconductor device and its inspecting method - Google Patents

Semiconductor device and its inspecting method

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JP2002119043A
JP2002119043A JP2000303653A JP2000303653A JP2002119043A JP 2002119043 A JP2002119043 A JP 2002119043A JP 2000303653 A JP2000303653 A JP 2000303653A JP 2000303653 A JP2000303653 A JP 2000303653A JP 2002119043 A JP2002119043 A JP 2002119043A
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semiconductor device
thermal resistance
semiconductor element
semiconductor
life
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JP2000303653A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Yasukawa
彰夫 保川
Mitsusachi Motobe
光幸 本部
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and its inspecting method, by which residual life of the device can be evaluated precisely. SOLUTION: The control unit 142 of an inverter 140 measures the thermal resistance of an IGBT element 141. A center computer 200 evaluates the residual life on the basis of the measured thermal resistance, and necessity of an exchange of the semiconductor device is communicated on the basis of this evaluation result of the residual life.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の点検方法に係り、残存寿命を評価するに好適な半導体
装置及びその点検方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and an inspection method thereof, and more particularly to a semiconductor device suitable for evaluating a remaining life and an inspection method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置及びその点検方法とし
ては、例えば、特開平5―56629号公報に記載され
ているように、電力変換器の等の半導体装置について、
期待寿命を設定し、設定された期待寿命と実際の運転実
績等と比較して、期待寿命に達すると、保守点検情報を
出力するものが知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor device and its inspection method, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-56629, a semiconductor device such as a power converter is disclosed.
There is known an apparatus that sets an expected life, compares the set expected life with actual operation results, and outputs maintenance and inspection information when the expected life is reached.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の疲労劣化の程度は、ばらつきがあるため、従来の
半導体装置及びその点検方法では、対象とする半導体装
置の疲労劣化がどの程度のレベルにあるかを把握するこ
とができないため、残存寿命を正確に評価できないとい
う問題があった。
However, since the degree of fatigue deterioration of the semiconductor device varies, the conventional semiconductor device and the inspection method thereof show the degree of fatigue deterioration of the target semiconductor device. However, there is a problem that the remaining life cannot be accurately evaluated because it is not possible to grasp the remaining life.

【0004】本発明の目的は、残存寿命を正確に評価す
ることができる半導体装置及びその点検方法を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of accurately evaluating the remaining life and a method of inspecting the semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、半導体素子を有する半導体装置に
おいて、上記半導体素子の熱抵抗を測定する測定部を有
するものである。かかる構成により、残存寿命を正確に
評価し得るものとなる。
Means for Solving the Problems (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having a semiconductor element, which has a measuring section for measuring the thermal resistance of the semiconductor element. With this configuration, the remaining life can be accurately evaluated.

【0006】(2)上記(1)において、好ましくは、
上記半導体装置は、モータの制御をするインバータであ
り、複数の半導体素子を有し、上記測定部は、第1の半
導体素子をオンとし、他の半導体素子をオフとした時の
上記第1の半導体素子の第1の電圧ドロップを測定し、
さらに、上記第1の半導体素子と上記モータを介して直
列に接続される第2の半導体素子をオンオフした後、第
2の半導体素子をオフとしたときの上記第1の半導体素
子の第2の電圧ドロップを測定し、上記第1の電圧ドロ
ップと第2の電圧ドロップに基づいて、上記第1の半導
体素子の熱抵抗を測定するようにしたものである。
(2) In the above (1), preferably,
The semiconductor device is an inverter that controls a motor, has a plurality of semiconductor elements, and the measurement unit turns on the first semiconductor element and turns off the first semiconductor element when other semiconductor elements are turned off. Measuring a first voltage drop of the semiconductor device,
Further, after turning on / off the second semiconductor element connected in series via the first semiconductor element and the motor, the second semiconductor element of the first semiconductor element when the second semiconductor element is turned off. The voltage drop is measured, and the thermal resistance of the first semiconductor element is measured based on the first voltage drop and the second voltage drop.

【0007】(3)上記目的を達成するために、本発明
は、半導体素子を有する半導体装置の残存寿命を評価す
る半導体装置の点検方法において、測定された上記半導
体素子の熱抵抗に基づいて、残存寿命を評価し、この残
存寿命の評価結果に基づいて、半導体装置の交換の要否
を連絡するようにしたものである。かかる方法により、
残存寿命を正確に評価し得るものとなる。
(3) In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device inspection method for evaluating a remaining life of a semiconductor device having a semiconductor device, the method comprising: The remaining life is evaluated, and the necessity of replacement of the semiconductor device is notified based on the evaluation result of the remaining life. By such a method,
The remaining life can be accurately evaluated.

【0008】(4)上記(3)において、好ましくは、
上記測定された半導体素子の熱抵抗に基づいて熱抵抗の
増加率を求め、この熱抵抗の増加率に基づいて半導体装
置の寿命予測値を求めて、残存寿命を評価するようにし
たものである。
(4) In the above (3), preferably,
The rate of increase in thermal resistance is determined based on the measured thermal resistance of the semiconductor element, and the life expectancy of the semiconductor device is determined based on the rate of increase in thermal resistance to evaluate the remaining life. .

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図10を用いて、本
発明の一実施形態による半導体装置及びその点検方法に
ついて説明する。最初に、図1を用いて、本実施形態に
よる半導体装置の点検方法を実施するための点検システ
ムのシステム構成について説明する。なお、本実施形態
による点検システムは、ハブリッド電気自動車のモータ
を半導体装置を用いて制御するシステムを例にして説明
する。図1は、本発明の一実施形態による半導体装置の
点検方法を実施するための点検システムのシステム構成
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a method for inspecting the semiconductor device will be described below with reference to FIGS. First, a system configuration of an inspection system for implementing the semiconductor device inspection method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The inspection system according to the present embodiment will be described as an example of a system that controls a motor of a hybrid electric vehicle using a semiconductor device. FIG. 1 is a system configuration diagram of an inspection system for implementing a semiconductor device inspection method according to an embodiment of the present invention.

【0010】本実施形態の点検システムは、ハイブリッ
ド自動車の車両100と、コンピュータ200から構成
されている。車両100は、動力源として、内燃機関1
10と、モータ120とを備えている。モータ120
は、内燃機関110と車輪130との間に配置されてい
る。モータ120は、車両100の発進を行ったり、内
燃機関110のスターターとして作用したり、内燃機関
110による走行のアシストを行ったり、また、発電機
としても作用したりする。半導体装置であるインバータ
140は、電池150からの電流をモータ120に流し
て、モータ120に駆動力を発生させたり、また、逆
に、モータ120を発電機として働かせて、電池150
を充電する。
The inspection system according to the present embodiment includes a hybrid vehicle 100 and a computer 200. The vehicle 100 includes an internal combustion engine 1 as a power source.
10 and a motor 120. Motor 120
Is arranged between the internal combustion engine 110 and the wheels 130. The motor 120 starts the vehicle 100, acts as a starter for the internal combustion engine 110, assists running of the internal combustion engine 110, and also acts as a generator. The inverter 140, which is a semiconductor device, sends a current from the battery 150 to the motor 120 to generate a driving force on the motor 120, and conversely, makes the motor 120 work as a generator, and
Charge.

【0011】インバータ140は、その内部に後述する
ように、コントロールユニットを備えている。コントロ
ールユニットは、運転時にはアクセル160の踏み込み
量および車輪130の回転速度の検出結果を受けとり、
これを基に制御信号を出し、モータ120の回転だけで
なく、内燃機関110の回転を制御し、適切な運転を行
うことにより、燃料消費の低減と排気ガスの低減を可能
としている。
The inverter 140 has a control unit therein, as described later. The control unit receives a detection result of the depression amount of the accelerator 160 and the rotation speed of the wheel 130 during operation,
Based on this, a control signal is output to control not only the rotation of the motor 120 but also the rotation of the internal combustion engine 110 and perform an appropriate operation, thereby reducing fuel consumption and exhaust gas.

【0012】インバータ140には、通信装置170が
接続されている。通信装置170は、無線によってコン
ピュータ200とデータや命令のやり取りを実行する。
通信装置170は、コンピュータ200からの指令を受
信すると、その指令をインバータ140に伝送する。ま
た、インバータ140は、コンピュータ200からの指
令に基づいて、図10を用いて後述するように、その内
部で半導体装置の熱抵抗の測定を実行する。熱抵抗の測
定結果は、通信装置170を介して、コンピュータ20
0に伝送される。コンピュータ200は、図10を用い
て後述するように、インバータ140によって検出され
た熱抵抗に基づいて、半導体装置の残存寿命を評価す
る。
A communication device 170 is connected to the inverter 140. The communication device 170 wirelessly exchanges data and instructions with the computer 200.
When receiving the command from the computer 200, the communication device 170 transmits the command to the inverter 140. In addition, based on a command from the computer 200, the inverter 140 internally measures the thermal resistance of the semiconductor device as described later with reference to FIG. The measurement result of the thermal resistance is transmitted to the computer 20 via the communication device 170.
0 is transmitted. The computer 200 evaluates the remaining life of the semiconductor device based on the thermal resistance detected by the inverter 140, as described later with reference to FIG.

【0013】次に、図2を用いて、本実施形態による半
導体装置の内部構成について説明する。図2は、本発明
の一実施形態による半導体装置の内部構成を示す断面図
である。
Next, the internal structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view showing the internal configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0014】インバータ140は、半導体素子であるI
GBT(Insulated Bipolar Transistor)素子141a,
141b,141cと、コントロールユニット142を
備えている。コントロールユニット142は、IGBT
素子141の導通を制御するとともに、後述するように
IGBT素子141の熱抵抗を測定する。IGBT素子
141及びコントロールユニット142は、筐体143
の内部に組み込まれている。
The inverter 140 is a semiconductor element I
GBT (Insulated Bipolar Transistor) element 141a,
141b and 141c and a control unit 142 are provided. The control unit 142 is an IGBT
The conduction of the element 141 is controlled, and the thermal resistance of the IGBT element 141 is measured as described later. The IGBT element 141 and the control unit 142
Built inside.

【0015】次に、図3を用いて、本実施形態による半
導体装置に組み込まれる半導体素子であるIGBT素子
141の内部構成について説明する。図3は、本発明の
一実施形態による半導体装置に組み込まれる半導体素子
であるIGBT素子の内部構成を示す断面図である。
Next, the internal configuration of the IGBT element 141, which is a semiconductor element incorporated in the semiconductor device according to the present embodiment, will be explained with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an internal configuration of an IGBT element which is a semiconductor element incorporated in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0016】IGBT素子141は、ベース141J
と、絶縁板141Kと、IGBTチップ141Lと、ケ
ース141Mとを備えている。IGBTチップ141L
は、はんだ141Nによって、絶縁板141Kに接合さ
れている。絶縁板141Kは、はんだ141Pによっ
て、ベース141Jに接合されている。ケース141M
は、ベース141Jに取り付けられており、IGBTチ
ップ141Lを覆って保護している。
The IGBT element 141 has a base 141J
, An insulating plate 141K, an IGBT chip 141L, and a case 141M. IGBT chip 141L
Are joined to the insulating plate 141K by the solder 141N. The insulating plate 141K is joined to the base 141J by the solder 141P. Case 141M
Is attached to the base 141J and covers and protects the IGBT chip 141L.

【0017】次に、図4を用いて、本実施形態による半
導体装置に組み込まれるIGBT素子に発生する疲労亀
裂について説明する。図4は、本発明の一実施形態によ
る半導体装置に組み込まれるIGBT素子に発生する疲
労亀裂の説明図である。
Next, the fatigue crack generated in the IGBT element incorporated in the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of a fatigue crack generated in an IGBT element incorporated in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【0018】車両の運転時には、IGBT素子141に
電流が流れ、発熱が生じ、温度が上昇する。これによ
り、IGBT素子141の中の絶縁板141Kとベース
141Jを接合するはんだ141Pの接合部に、熱応力
が生じる。この熱応力の繰返しにより、はんだ141P
の接合部には、疲労亀裂141P’が発生し、成長す
る。ハイブリッド自動車の場合、IGBT素子の自己発
熱に加えて、内燃機関の発熱の影響も受けるので、IG
BT素子141は、非常に厳しい状態で使用されてい
る。
During operation of the vehicle, a current flows through the IGBT element 141, generating heat and increasing the temperature. As a result, a thermal stress is generated at the joint of the solder 141P that joins the insulating plate 141K and the base 141J in the IGBT element 141. By repeating this thermal stress, the solder 141P
A fatigue crack 141P 'is generated and grows at the joint of. In the case of a hybrid vehicle, in addition to the self-heating of the IGBT element, it is affected by the heat of the internal combustion engine.
The BT element 141 is used in a very severe condition.

【0019】疲労き裂成長挙動は、IGBT素子141
のサンプルにより、本質的に、ある範囲のばらつきを有
している。したがって、熱抵抗増加挙動も、ある範囲の
ばらつきをもっている。従来は、寿命の評価が正確に行
えないため、装置の故障を防ぐためには、このばらつき
の下限の寿命までを保証寿命としており、この寿命に達
した場合には、使用をやめて装置を廃棄している。しか
し、実際にはサンプルによっては、この保証寿命だけ使
用しても、まだ十分使える場合が多く、これらの装置
は、まだ使えるにもかかわらず廃棄されるため、資源の
無駄使いとなっていた。
The fatigue crack growth behavior was determined by the IGBT element 141.
Have a certain range of variation inherently. Therefore, the thermal resistance increasing behavior also has a certain range of variation. Conventionally, since the service life cannot be evaluated accurately, in order to prevent equipment failure, the guaranteed service life is set to the minimum service life of this variation, and when this service life is reached, use is stopped and the equipment is discarded. ing. However, in practice, depending on the sample, even if it is used only for the guaranteed life, it is often enough to use it, and these devices are discarded even though they can be used, thus wasting resources.

【0020】次に、図5を用いて、本実施形態による半
導体装置の回路構成について説明する。図5は、本発明
の一実施形態による半導体装置の回路図である。なお、
図1,図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the circuit configuration of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In addition,
1 and 2 denote the same parts.

【0021】インバータ140の主たる回路構成は、6
個のIGBT素子141a,…,141fと、コントロ
ールユニット142と、電流センサ144からなってい
る。6個のIGBT素子141a,…,141fは、H
ブリッジ回路を構成している。IGBT素子141aと
IGBT素子141bは、モータ120のU相電流を制
御するための上アームと下アームに対応する。IGBT
素子141cとIGBT素子141dは、モータ120
のV相電流を制御するための上アームと下アームに対応
する。IGBT素子141eとIGBT素子141d
は、モータ120のW相電流を制御するための上アーム
と下アームに対応する。
The main circuit configuration of the inverter 140 is as follows.
, 141f, a control unit 142, and a current sensor 144. The six IGBT elements 141a,.
A bridge circuit is configured. IGBT element 141a and IGBT element 141b correspond to an upper arm and a lower arm for controlling the U-phase current of motor 120. IGBT
The element 141c and the IGBT element 141d
Corresponding to the upper arm and the lower arm for controlling the V-phase current. IGBT element 141e and IGBT element 141d
Corresponds to an upper arm and a lower arm for controlling the W-phase current of the motor 120.

【0022】コントロールユニット142は、6個のI
GBT素子141のオンオフを制御することにより、電
池150からモータ120に供給される電流を制御し
て、モータ120を回転させる。IGBT素子141に
よる大電流のオンオフは、IGBT141のゲート端子
に供給する小電流のゲート電流の制御によって、制御さ
れる。ゲート電流を流すための配線は、図の複雑化をさ
けるため図示を省略しているが、コントロールユニット
142から各IGBT素子141a,…,141fのゲ
ート端子に配線されている。コントロールユニット14
2の演算結果を基に、IGBT素子141a,…,14
1fは制御される。
The control unit 142 has six I
By controlling the on / off of the GBT element 141, the current supplied from the battery 150 to the motor 120 is controlled, and the motor 120 is rotated. ON / OFF of a large current by the IGBT element 141 is controlled by controlling a small current gate current supplied to the gate terminal of the IGBT 141. The wiring for flowing the gate current is omitted from the drawing to avoid complication of the drawing, but is wired from the control unit 142 to the gate terminal of each of the IGBT elements 141a,. Control unit 14
2, IGBT elements 141a,.
If is controlled.

【0023】電流センサ144は、モータ120にU相
の電流を流れる電流を検出する。電流センサ144によ
って検出された電流は、コントロールユニット142に
取り込まれる。
The current sensor 144 detects a current flowing through the motor 120 in a U-phase. The current detected by the current sensor 144 is taken into the control unit 142.

【0024】また、図示は省略してあるが、コントロー
ルユニット142から、各IGBT素子141a,…,
141fの両端(ソース端子とドレイン端子間)の電圧
ドロップを測定する結線がなされている。コントロール
ユニット142は、各IGBT素子141a,…,14
1fの電圧ドロップを用いて、各IGBT素子141
a,…,141fの熱抵抗を求めることができる。熱抵
抗の求め方については、図6及び図9を用いて後述す
る。
Although not shown in the drawings, the control unit 142 supplies the IGBT elements 141a,.
A connection for measuring a voltage drop at both ends of 141 f (between the source terminal and the drain terminal) is provided. The control unit 142 includes the IGBT elements 141a,.
Each IGBT element 141 is obtained by using the voltage drop of 1f.
a,..., 141f can be determined. How to determine the thermal resistance will be described later with reference to FIGS.

【0025】次に、図6を用いて、本実施形態による半
導体装置のコントロールユニット142の動作について
説明する。図6は、本発明の一実施形態による半導体装
置のコントロールユニット142の処理動作を示すフロ
ーチャートである。
Next, the operation of the control unit 142 of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing operation of the control unit 142 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0026】ステップs100において、コントロール
ユニット142は、通信装置170を介して、センタコ
ンピュータ200からの点検要求信号を受信する。
In step s100, control unit 142 receives an inspection request signal from center computer 200 via communication device 170.

【0027】点検要求信号を受信すると、ステップs1
10において、コントロールユニット142は、車両が
停止しているかどうかを判断した上で、車両停止時にお
いて、点検モードに入り、熱抵抗を測定する。熱抵抗の
測定方法の詳細については、図9を用いて後述する。な
お、点検モード時には、モータ120と車輪130の間
のクラッチは切られている。
When receiving the inspection request signal, step s1
At 10, the control unit 142 determines whether or not the vehicle is stopped, and then, when the vehicle is stopped, enters an inspection mode and measures the thermal resistance. Details of the method of measuring the thermal resistance will be described later with reference to FIG. In the inspection mode, the clutch between the motor 120 and the wheel 130 is disengaged.

【0028】次に、ステップs120において、コント
ロールユニット142は、熱抵抗測定結果を、通信装置
170を介して、センタコンピュータ200に発信す
る。
Next, in step s120, the control unit 142 transmits the thermal resistance measurement result to the center computer 200 via the communication device 170.

【0029】次に、図7及び図8を用いて、本実施形態
による半導体装置における寿命について説明する。図7
及び図8は、本発明の一実施形態による半導体装置にお
ける寿命の説明図である。
Next, the life of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG.
8 is an explanatory diagram of the life of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0030】図4において説明したように、車両の運転
時には、IGBT素子141に加わる熱応力の繰返しに
より、はんだ141Pの接合部には、疲労亀裂141
P’が発生し、成長する。疲労亀裂141P’の発生に
よって、絶縁板141Kとベース141Jとを接合する
はんだ141Pの接合寸法は、初期値L0から、残存接
合寸法Lに減少することになる。
As described with reference to FIG. 4, during the operation of the vehicle, due to the repetition of thermal stress applied to the IGBT element 141, the fatigue crack 141
P 'occurs and grows. Due to the generation of the fatigue crack 141P ′, the joining dimension of the solder 141P joining the insulating plate 141K and the base 141J decreases from the initial value L0 to the remaining joining dimension L.

【0031】ここで、図7は、半導体装置の使用期間Y
と、残存接合寸法Lの関係を示している。使用期間Yの
最初に置いて、残存接合寸法Lは、初期値L0であり、
そのまま暫く維持する。しかし、例えば、使用期間Y0
において、疲労亀裂が発生すると、期間の経過ととも
に、残存接合寸法Lが減少することが判明した。
Here, FIG. 7 shows a usage period Y of the semiconductor device.
And the relationship between the remaining joint dimension L and the remaining joint dimension L. At the beginning of the use period Y, the remaining joint dimension L is an initial value L0,
Keep it for a while. However, for example, the use period Y0
, It was found that when fatigue cracks occur, the remaining joint dimension L decreases with the passage of time.

【0032】この接合寸法Lの減少により、初めは、図
3の矢印Q1に示すように流れていた熱が、図4の矢印
Q2に示すように、絞られて流れることになり、熱抵抗
が増加する。
Due to the decrease in the joint size L, the heat initially flowing as shown by the arrow Q1 in FIG. 3 is reduced and flows as shown by the arrow Q2 in FIG. To increase.

【0033】ここで、図8は、熱抵抗の増加率Δrと、
使用期間Yの関係を示している。熱抵抗の増加率Δr
は、疲労亀裂が発生する使用期間Y0までは、0であ
る。使用期間Y0後、熱抵抗の増加率Δrは、ほぼ一定
の割合で増加する。そして、熱抵抗の増加率Δrが、あ
る限界値Δrcに達したとき(使用期間Yc)が、半導
体装置の寿命となる。そこで、本実施形態では、熱抵抗
を測定し、さらに、熱抵抗の増加率を求めることで、半
導体装置の寿命を評価するようにしている。
Here, FIG. 8 shows the rate of increase of thermal resistance Δr,
The relationship of the use period Y is shown. Increase rate of thermal resistance Δr
Is 0 until the use period Y0 at which fatigue cracks occur. After the use period Y0, the increase rate Δr of the thermal resistance increases at a substantially constant rate. When the rate of increase Δr in thermal resistance reaches a certain limit value Δrc (use period Yc), the life of the semiconductor device is reached. Therefore, in the present embodiment, the life of the semiconductor device is evaluated by measuring the thermal resistance and further obtaining the rate of increase in the thermal resistance.

【0034】次に、図9を用いて、本実施形態による半
導体装置のコントロールユニット142における熱抵抗
の測定処理の詳細について説明する。図9は、本発明の
一実施形態による半導体装置のコントロールユニットの
における熱抵抗の測定処理動作を示すフローチャートで
ある。ステップs112〜s118は、図6のステップ
s110の詳細内容を示している。なお、以下の例で
は、図5のIGBT素子141aの熱抵抗の測定方法に
ついて説明するが、他のIGBT素子141b,…,1
41fについても同様に測定できるものである。
Next, the details of the process of measuring the thermal resistance in the control unit 142 of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a measurement processing operation of the thermal resistance in the control unit of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. Steps s112 to s118 show the details of step s110 in FIG. In the following example, a method of measuring the thermal resistance of the IGBT element 141a in FIG. 5 will be described, but other IGBT elements 141b,.
41f can be measured similarly.

【0035】ステップs112において、コントロール
ユニット142は、IGBT素子141aをオンとし、
他のIGBT素子141b,…,141fをオフとす
る。
In step s112, the control unit 142 turns on the IGBT element 141a,
The other IGBT elements 141b,..., 141f are turned off.

【0036】次に、ステップs114において、コント
ロールユニット142は、IGBT素子141dをオン
とする。これによって、電流は、電池150から、IG
BT素子141a,電流センサ22,モータ120を通
り、さらに、IGBT素子141dを経て、電池150
に戻るように流れる。そこで、コントロールユニット1
42は、IGBT素子141dを短時間オンとしたとき
のIGBT素子141aの電圧ドロップVaを検出す
る。
Next, in step s114, the control unit 142 turns on the IGBT element 141d. As a result, the current flows from the battery 150 to the IG
The battery 150 passes through the BT element 141a, the current sensor 22, the motor 120, and further passes through the IGBT element 141d.
Flowing back to. So, control unit 1
Reference numeral 42 detects a voltage drop Va of the IGBT element 141a when the IGBT element 141d is turned on for a short time.

【0037】次に、ステップs116において、コント
ロールユニット142は、電圧ドロップVaの検出直後
に、IGBT素子141dのオンオフを高周波で一定期
間繰返す。ここで、オン時間とオフ時間の比率をコント
ロールすることにより、素子1の実効電流値を制御す
る。この直後に、IGBT素子141dを短時間オンと
し、このときのIGBT素子141aの電圧ドロップV
bを検出する。
Next, in step s116, immediately after the detection of the voltage drop Va, the control unit 142 repeats turning on and off the IGBT element 141d at a high frequency for a certain period. Here, the effective current value of the element 1 is controlled by controlling the ratio between the ON time and the OFF time. Immediately after this, the IGBT element 141d is turned on for a short time, and the voltage drop V of the IGBT element 141a at this time is turned on.
b is detected.

【0038】次に、ステップs118において、コント
ロールユニット142は、電圧ドロップの電圧差(Vb
−Va)を温度上昇に換算し、発熱量で割ることによ
り、熱抵抗を求める。ここで、発熱量は、電圧ドロップ
((Vb−Va)/2)に、実効電流値をかけることに
より求める。電圧差の温度上昇への換算は、あらかじめ
電圧ドロップと温度の関係特性をはかっておき、これを
用いて行うようにしている。コントロールユニット14
2は、同様な方法によって、他のIGBT素子141
b,…,141fの熱抵抗も測定する。
Next, in step s118, the control unit 142 sets the voltage difference (Vb
-Va) is converted to a temperature rise and divided by the calorific value to determine the thermal resistance. Here, the calorific value is obtained by multiplying the voltage drop ((Vb−Va) / 2) by the effective current value. The conversion of the voltage difference into a temperature rise is performed in advance by taking into account the relationship between the voltage drop and the temperature. Control unit 14
2 is another IGBT element 141 by a similar method.
, 141f are also measured.

【0039】以上説明した測定方法により、対象IGB
T素子の発熱量を正確にコントロールすることができ、
熱抵抗を正確に求めることができる。また、IGBT素
子141をインバータ140から取り外したり、インバ
ータ140自体を車両100から取り外したりすること
なく点検できるので、点検の手間を低減できる。
According to the measurement method described above, the target IGB
The amount of heat generated by the T element can be accurately controlled,
Thermal resistance can be determined accurately. Further, since the inspection can be performed without removing the IGBT element 141 from the inverter 140 and without removing the inverter 140 itself from the vehicle 100, the trouble of the inspection can be reduced.

【0040】また、電流制御用IGBT素子として、測
定対象IGBT素子と異なる相で、アームが逆の位置に
あるIGBT素子を用い、また測定対象IGBT素子ま
たは、オンオフによる制御を行うIGBT素子が、電流
センサのある相のIGBT素子であるようにすることに
より、電流センサ144が1個だけでも、各素子の電流
測定が可能となるので、電流センサ144の使用個数を
節約できる。
As the current control IGBT element, an IGBT element having a different phase from the measurement target IGBT element and having the arm in the opposite position is used, and the measurement target IGBT element or the IGBT element which performs on / off control is a current By using the IGBT element of a certain phase of the sensor, even if only one current sensor 144 is used, the current of each element can be measured, so that the number of current sensors 144 used can be reduced.

【0041】次に、図10を用いて、本実施形態による
半導体装置の寿命評価方法について説明する。図10
は、本発明の一実施形態による半導体装置の寿命評価動
作を示すフローチャートである。
Next, the method for evaluating the life of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG.
4 is a flowchart showing a life evaluation operation of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【0042】センタコンピュータ200は、コントロー
ルユニット142によって測定された半導体装置である
IGBT141の熱抵抗を用いて、IGBT141の寿
命を評価する。センターコンピュータ200は、通信装
置170を介してコントロールユニット142から送ら
れてきた熱抵抗の測定値と、以前に測定された特性とを
比較することにより、以下に説明する方法を用いて、余
寿命を判定する。判定結果は、ユーザに送信される。
The center computer 200 evaluates the life of the IGBT 141 using the thermal resistance of the IGBT 141, which is a semiconductor device, measured by the control unit 142. The center computer 200 compares the measured value of the thermal resistance sent from the control unit 142 via the communication device 170 with the previously measured characteristic, and uses the method described below to calculate the remaining life. Is determined. The determination result is transmitted to the user.

【0043】ステップs200において、センタコンピ
ュータ200には、初期保証寿命YI,点検間隔ΔY
I,限界熱抵抗増加率Δrc,熱抵抗増加率測定精度Δ
rD,き裂発生想定部分の熱抵抗の全体の熱抵抗に対す
る割合rB,初期熱抵Roが入力される。
In step s200, the center computer 200 has an initial warranty life YI and an inspection interval ΔY
I, critical thermal resistance increase rate Δrc, thermal resistance increase rate measurement accuracy Δ
rD, the ratio rB of the thermal resistance of the assumed crack initiation portion to the total thermal resistance, and the initial thermal resistance Ro are input.

【0044】次に、ステップs210において、センタ
コンピュータ200は、使用期間Yをカウントする。
Next, in step s210, the center computer 200 counts the use period Y.

【0045】さらに、ステップs220において、セン
タコンピュータ200は、使用期間Yが、初期保証寿命
YIより大きくなると、インバータ140に対して点検
要求信号を発信する。インバータ140は、図6及び図
9において説明した方法により、熱抵抗RIを測定す
る。そして、インバータ140から送信された熱抵抗の
点検結果RIを受信し、熱抵抗増加率ΔrI=(RI−
Ro)/Roを求める。
Further, in step s220, when the use period Y becomes longer than the initial guaranteed life YI, the center computer 200 sends an inspection request signal to the inverter 140. Inverter 140 measures thermal resistance RI by the method described with reference to FIGS. Then, the inspection result RI of the thermal resistance transmitted from the inverter 140 is received, and the thermal resistance increase rate ΔrI = (RI−
Ro) / Ro is calculated.

【0046】次に、ステップs230において、センタ
コンピュータ200は、熱抵抗増加率ΔrIに基づい
て、新たな寿命予測値Ycを、以下の式(1)に基づい
て求める。 Yc=YI(1+Δrc/rB)(1+(ΔrI+ΔrD)/rB)…(1) この式でYcを求められることは、IGBT素子の熱抵
抗増加挙動を測定した結果が、図8のようになることか
ら、わかったことである。
Next, in step s230, the center computer 200 obtains a new life expectancy value Yc based on the following equation (1) based on the thermal resistance increase rate ΔrI. Yc = YI (1 + Δrc / rB) (1+ (ΔrI + ΔrD) / rB) (1) The fact that Yc is obtained by this equation means that the result of measuring the thermal resistance increasing behavior of the IGBT element is as shown in FIG. That's what I understand.

【0047】次に、ステップs240において、センタ
コンピュータ200は、新たな寿命予測値Ycと初期保
証寿命YIとの差(Yc−YI)が、点検間隔ΔYIよ
りも小さいか否かを判断する。点検間隔ΔYIは、任意
に定めることができるものであるが、例えば、1年若し
くは2年のように設定する。差(Yc−YI)が、点検
間隔ΔYIよりも小さい場合には、ステップs250に
進み、差(Yc−YI)が、点検間隔ΔYIよりも小さ
くない場合には、ステップs260に進む。
Next, in step s240, the center computer 200 determines whether or not the difference (Yc-YI) between the new life expectancy value Yc and the initial guaranteed life YI is smaller than the inspection interval ΔYI. The inspection interval ΔYI can be arbitrarily determined, but is set, for example, to one year or two years. If the difference (Yc−YI) is smaller than the inspection interval ΔYI, the process proceeds to step s250. If the difference (Yc−YI) is not smaller than the inspection interval ΔYI, the process proceeds to step s260.

【0048】ステップs240において、Yc−YI<
ΔYIのときには、次の点検時期の前に寿命となるた
め、ステップs250において、センタコンピュータ2
00は、インバータ交換要の連絡をユーザに発信する。
In step s240, Yc-YI <
In the case of ΔYI, the service life expires before the next inspection time.
00 transmits a message to the user that the inverter needs to be replaced.

【0049】ステップs240において、Yc−YI<
ΔYIでないときには、次の点検時期よりも寿命は後と
なるため、ステップs260において、センタコンピュ
ータ200は、継続使用可の連絡を発信する。
In step s240, Yc-YI <
If it is not ΔYI, the service life is later than the next inspection time, and therefore, in step s260, the center computer 200 sends a notification that the service can be continuously used.

【0050】次に、ステップs270において、センタ
コンピュータ200は、保証寿命YIを、新たに、(初
期保証寿命YI+点検間隔ΔYI)と置き直して、ステ
ップs220の前に戻る。
Next, in step s270, the center computer 200 newly sets the guaranteed life YI to (initial guaranteed life YI + inspection interval ΔYI), and returns to before step s220.

【0051】以上説明したような手順で、半導体装置の
寿命の点検を行うことにより、使用期間の延長を可能と
し、資源の無駄使いを防ぐことを可能としている。ま
た、点検が自動的に行われるため、ユーザーは自分で点
検する手間を省くことができる。また、使用中の各イン
バータの余寿命を一個所で集中把握することが可能とな
るため、例えば業務用の車両においては、余寿命の長い
車両を長距離走行用途に振り向ける等の運行計画の適正
化を図ることが可能となる。
By checking the life of the semiconductor device according to the procedure described above, it is possible to extend the use period and prevent wasteful use of resources. In addition, since the inspection is performed automatically, the user can save the trouble of performing the inspection by himself. In addition, since it is possible to centrally grasp the remaining life of each inverter in use at one location, for example, in the case of commercial vehicles, operation plans such as allocating vehicles with a long remaining life to long-distance driving applications etc. It is possible to achieve appropriateness.

【0052】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、本発明により、半導体装置の残存寿命を正確に評価
することを可能とし、従来より使用期間を延長できるよ
うになったため、資源の無駄使いの防止を可能とした。
As described above, according to the present embodiment, the present invention makes it possible to accurately evaluate the remaining life of a semiconductor device and to extend the use period of the semiconductor device, thereby wasting resources. Prevention of use was made possible.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、残存寿命を正確に評価
することができる。
According to the present invention, the remaining life can be accurately evaluated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による半導体装置の点検方
法を実施するための点検システムのシステム構成図であ
る。
FIG. 1 is a system configuration diagram of an inspection system for carrying out a semiconductor device inspection method according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態による半導体装置の内部構
成を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an internal configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

【図3】本発明の一実施形態による半導体装置に組み込
まれる半導体素子であるIGBT素子の内部構成を示す
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an internal configuration of an IGBT element which is a semiconductor element incorporated in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態による半導体装置に組み込
まれるIGBT素子に発生する疲労亀裂の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a fatigue crack generated in an IGBT element incorporated in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態による半導体装置の回路図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態による半導体装置のコント
ロールユニット142の処理動作を示すフローチャート
である。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing operation of the control unit 142 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態による半導体装置における
寿命の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a life of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施形態による半導体装置における
寿命の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a life of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施形態による半導体装置のコント
ロールユニットのにおける熱抵抗の測定処理動作を示す
フローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a thermal resistance measurement processing operation in the control unit of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施形態による半導体装置の寿命
評価動作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing a life evaluation operation of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…車両 110…内燃機関 120…モータ 130…車輪 140…インバータ 141…IGBT素子 141L…IGBTチップ 141K…接合部 141J…ベース 142…コントロールユニット 150…電池 170…無線装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Vehicle 110 ... Internal combustion engine 120 ... Motor 130 ... Wheel 140 ... Inverter 141 ... IGBT element 141L ... IGBT chip 141K ... Joint 141J ... Base 142 ... Control unit 150 ... Battery 170 ... Wireless device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H007 AA05 AA06 CA01 CB04 CB05 DB02 DB12 DC08 FA09 HA04 5H740 AA08 BA11 BB05 BB09 BB10 MM00 MM08 MM11 NN17 PP01 PP05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H007 AA05 AA06 CA01 CB04 CB05 DB02 DB12 DC08 FA09 HA04 5H740 AA08 BA11 BB05 BB09 BB10 MM00 MM08 MM11 NN17 PP01 PP05

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子を有する半導体装置において、 上記半導体素子の熱抵抗を測定する測定部を有すること
を特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a semiconductor element, comprising: a measuring unit for measuring a thermal resistance of the semiconductor element.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、 上記半導体装置は、モータの制御をするインバータであ
り、複数の半導体素子を有し、 上記測定部は、第1の半導体素子をオンとし、他の半導
体素子をオフとした時の上記第1の半導体素子の第1の
電圧ドロップを測定し、さらに、上記第1の半導体素子
と上記モータを介して直列に接続される第2の半導体素
子をオンオフした後、第2の半導体素子をオフとしたと
きの上記第1の半導体素子の第2の電圧ドロップを測定
し、上記第1の電圧ドロップと第2の電圧ドロップに基
づいて、上記第1の半導体素子の熱抵抗を測定すること
を特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an inverter for controlling a motor, has a plurality of semiconductor elements, and the measuring section turns on the first semiconductor element, A first voltage drop of the first semiconductor element when another semiconductor element is turned off is measured, and a second semiconductor element connected in series with the first semiconductor element via the motor After turning on and off, a second voltage drop of the first semiconductor element when the second semiconductor element is turned off is measured, and the second voltage drop is measured based on the first voltage drop and the second voltage drop. A semiconductor device, wherein the thermal resistance of the semiconductor element is measured.
【請求項3】半導体素子を有する半導体装置の残存寿命
を評価する半導体装置の点検方法において、 測定された上記半導体素子の熱抵抗に基づいて、残存寿
命を評価し、この残存寿命の評価結果に基づいて、半導
体装置の交換の要否を連絡することを特徴とする半導体
装置の点検方法。
3. A semiconductor device inspection method for evaluating a remaining life of a semiconductor device having a semiconductor element, wherein the remaining life is evaluated based on the measured thermal resistance of the semiconductor element, and the evaluation result of the remaining life is obtained. A method for inspecting a semiconductor device, comprising the step of notifying the necessity of replacement of the semiconductor device based on the information.
【請求項4】請求項3記載の半導体装置の点検方法にお
いて、 上記測定された半導体素子の熱抵抗に基づいて熱抵抗の
増加率を求め、この熱抵抗の増加率に基づいて半導体装
置の寿命予測値を求めて、残存寿命を評価することを特
徴とする半導体装置の点検方法。
4. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 3, wherein the rate of increase in thermal resistance is determined based on the measured thermal resistance of the semiconductor element, and the life of the semiconductor device is determined based on the rate of increase in thermal resistance. A method for inspecting a semiconductor device, comprising: obtaining a predicted value; and evaluating a remaining life.
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