JP2019027929A

JP2019027929A - Power cycle tester and power cycle test method

Info

Publication number: JP2019027929A
Application number: JP2017147692A
Authority: JP
Inventors: 穣吏神田; Joji Kanda; 馬殿　進路; Shinji Umadono; 進路馬殿
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-21

Abstract

To improve the accuracy of reliability evaluation of a power device by a power cycle test.SOLUTION: A reference model calculation unit 11 calculates a model temperature Tmod that is a predicted value using an operation temperature Tjop and an impedance function. A process model calculation unit 12 calculates a process temperature Tj* that is an estimated value using the operation electric power applied to a power device and an impedance function. A regulator 13 calculates, using a set temperature Tjd and the process temperature Tj*, the value of the model temperature Tmod which is corrected so that the process temperature Tj* follows the set temperature Tjd, as an operation temperature Tjop.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、パワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法に関する。 The present invention relates to a power cycle test apparatus and a power cycle test method.

従来、パワーデバイスに対してパワーサイクル試験を行なうパワーサイクル試験装置が知られている。たとえば、特開２０１４−１３８４８８号公報には、直流電源回路とパワー半導体（被試験体）との間に定電流制御回路を介装し、直流電源回路の出力ＯＮ状態で定電流制御回路に対してＯＮまたはＯＦＦの動作指令を与えるパワーサイクル試験装置が開示されている。 Conventionally, a power cycle test apparatus that performs a power cycle test on a power device is known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-138488, a constant current control circuit is interposed between a DC power supply circuit and a power semiconductor (device under test), and the output of the DC power supply circuit is in an ON state with respect to the constant current control circuit. A power cycle test apparatus that gives an ON or OFF operation command is disclosed.

特開２０１４−１３８４８８号公報JP 2014-138488 A

パワーデバイスの実装部材、主にはボンデイングワイヤやはんだ材の接合部には、熱応力が集中して熱サイクル疲労が蓄積されることが多い。パワーサイクル試験においては、接合部の劣化あるいは破壊事象が評価対象とされることが多い。 In many cases, thermal cycle fatigue accumulates in power device mounting members, mainly bonding wires and solder material joints, due to concentration of thermal stress. In a power cycle test, deterioration or destruction of a joint is often an evaluation target.

実環境における接合部温度Ｔｊの昇降温は、昇温と高温とが単純に繰り返されるのではなく、不規則な変化をすることが多い。そのため、特開２０１４−１３８４８８号公報に開示されているパワーサイクル試験装置のように、供給電力あるいは供給電流の単純なＯＮ動作とＯＦＦ動作とを繰り返す制御によっては、実環境に近い環境でパワーサイクル試験を行なうことが困難である。その結果、パワーサイクル試験によってパワーデバイスの信頼性の評価を精度よく行なうことが困難になり得る。 In the actual environment, the temperature increase / decrease of the junction temperature Tj is not simply repeated between the temperature increase and the high temperature, but often varies irregularly. Therefore, as in the power cycle test apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-138488, the power cycle may be performed in an environment close to the actual environment depending on the control to repeat the simple ON operation and OFF operation of the supply power or supply current. It is difficult to conduct a test. As a result, it may be difficult to accurately evaluate the reliability of the power device by the power cycle test.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、パワーサイクル試験によるパワーデバイスの信頼性評価の精度を向上させることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the accuracy of reliability evaluation of a power device by a power cycle test.

本発明に係るパワーサイクル試験装置は、パワーデバイスに対してパワーサイクル試験を行なう。パワーサイクル試験装置は、電力駆動部と、制御演算部とを備える。制御演算部は、電力駆動部に操作信号を出力する。電力駆動部は、操作信号に制御されて、予め定められた設定温度のプロファイルに従ってパワーデバイスの温度が変化するように、パワーデバイスに操作電力を供給する。制御演算部は、レギュレータと、参照モデル計算部と、プロセスモデル計算部とを含む。レギュレータは、操作信号を決定するための操作温度を算出する。参照モデル計算部は、予め定められたモデルにおいて、操作温度と、パワーデバイスのインピーダンス関数とを用いて、温度の予測値であるモデル温度を算出する。プロセスモデル計算部は、パワーデバイスに印加された操作電力と、パワーデバイスのインピーダンス関数とを用いて、温度の推定値であるプロセス温度を算出する。レギュレータは、設定温度と、プロセス温度とを用いて、プロセス温度が設定温度に追従するようにモデル温度を補正した値を操作温度として算出する。 The power cycle test apparatus according to the present invention performs a power cycle test on a power device. The power cycle test apparatus includes a power driving unit and a control calculation unit. The control calculation unit outputs an operation signal to the power driving unit. The power driving unit is controlled by the operation signal and supplies operating power to the power device so that the temperature of the power device changes according to a preset temperature profile. The control calculation unit includes a regulator, a reference model calculation unit, and a process model calculation unit. The regulator calculates an operation temperature for determining the operation signal. The reference model calculation unit calculates a model temperature, which is a predicted value of the temperature, using the operation temperature and the impedance function of the power device in a predetermined model. The process model calculation unit calculates a process temperature, which is an estimated value of the temperature, using the operation power applied to the power device and the impedance function of the power device. The regulator uses the set temperature and the process temperature to calculate a value obtained by correcting the model temperature so that the process temperature follows the set temperature as the operation temperature.

パワーデバイスとは、電気変換用の高電圧あるいは大電流に対応可能な半導体デバイスであり、バイポーラパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)などを含む半導体デバイスである。本発明は、パワーデバイスおよび保護回路を含むパワーモジュールにも適用可能である。 Power devices are semiconductor devices that can handle high voltages or large currents for electrical conversion, such as bipolar power transistors, power MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). It is a semiconductor device including. The present invention is also applicable to a power module including a power device and a protection circuit.

パワーサイクル試験とは、パワーデバイスに電流を流す状態と流さない状態とを繰り返すことにより、パワーデバイスの温度を予め定められた範囲内において繰り返し昇温および降温させる信頼性試験である。 The power cycle test is a reliability test in which the temperature of the power device is repeatedly raised and lowered within a predetermined range by repeating a state in which a current is passed through the power device and a state in which no current is passed.

本発明に係るパワーサイクル試験装置によれば、レギュレータが設定温度とプロセス温度とを用いて、プロセス温度が設定温度に追従するようにモデル温度を補正した値を操作温度として算出することにより、接合部温度Ｔｊの変化を実環境の変化に近づけることができる。その結果、パワーサイクル試験によるパワーデバイスの信頼性評価の精度を向上させることができる。 According to the power cycle test device of the present invention, the regulator uses the set temperature and the process temperature, and calculates the operation temperature by correcting the model temperature so that the process temperature follows the set temperature. The change of the part temperature Tj can be brought close to the change of the real environment. As a result, it is possible to improve the accuracy of the reliability evaluation of the power device by the power cycle test.

パワーサイクル試験の対象であるパワーデバイスの実装構造の断面図の一例を示す。An example of sectional drawing of the mounting structure of the power device which is the object of a power cycle test is shown. 実施の形態１に係るパワーサイクル試験装置の機能ブロック図である。2 is a functional block diagram of the power cycle test apparatus according to Embodiment 1. FIG. 電力駆動部によるパワーデバイスの動作領域を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the operation | movement area | region of the power device by an electric power drive part. 図１に示されるパワーデバイスの実装構造に対応する熱等価回路である。FIG. 2 is a thermal equivalent circuit corresponding to the power device mounting structure shown in FIG. 1. FIG. 図１の制御演算部の制御機能ブロック図である。It is a control function block diagram of the control calculating part of FIG. 設定温度のプロファイル、操作信号のプロファイル、プロセス温度のプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows together the profile of setting temperature, the profile of an operation signal, and the profile of process temperature. 設定温度のプロファイル、モデル温度のプロファイル、プロセス温度のプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows together the profile of setting temperature, the profile of model temperature, and the profile of process temperature. 設定温度に対するパワーデバイスの接合部温度の特性の実験値である。It is an experimental value of the characteristic of the junction temperature of a power device with respect to setting temperature. 図８に示されるデータを用いた直線性図である。FIG. 9 is a linearity diagram using the data shown in FIG. 8. 従来例における昇降温速度の異なる測定点のサーモビュアーによるチップ表面プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the chip | tip surface profile by the thermoviewer of the measurement point from which the temperature raising / lowering speed differs in a prior art example. 実施の形態２に係る制御演算部の制御機能ブロック図である。6 is a control function block diagram of a control calculation unit according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２における設定温度、およびプロセス温度のそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows collectively each profile of preset temperature in Embodiment 2, and process temperature. 設定温度、モデル温度、およびプロセス温度のそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows each profile of setting temperature, model temperature, and process temperature collectively. 設定温度、モデル温度、および操作温度のそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows each profile of setting temperature, model temperature, and operation temperature collectively. パワーデバイスへのステップ印加電力に対するインピーダンス関数曲線を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the impedance function curve with respect to the step applied electric power to a power device. 実施の形態３に係るパワーサイクル試験装置の機能ブロック図である。6 is a functional block diagram of a power cycle test apparatus according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態３に係る制御演算部３０の制御機能ブロック図である。6 is a control function block diagram of a control calculation unit 30 according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態４に係る制御演算部４０の制御機能ブロック図である。FIG. 10 is a control function block diagram of a control calculation unit 40 according to a fourth embodiment. 図１８のモデル生成部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the model production | generation part of FIG. 校正信号および有感信号のプロファイルを併せて示す図である。It is a figure which shows the profile of a calibration signal and a sensitive signal collectively. 実験によって取得された接合部温度信号をプロットした図である。It is the figure which plotted the junction temperature signal acquired by experiment. 図１９のモデル生成部の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the model production | generation part of FIG. パルス信号のパルス幅が異なる校正信号に対する出力温度の時間特性を示す図である。It is a figure which shows the time characteristic of the output temperature with respect to the calibration signal from which the pulse width of a pulse signal differs. 実施の形態５に係るモデル生成部の機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram of a model generation unit according to Embodiment 5. パワーデバイスの放熱特性のパワーサイクル経過数による変化を示す図である。It is a figure which shows the change by the power cycle elapsed number of the heat dissipation characteristic of a power device. 実施の形態６に係る制御演算部６０の制御機能ブロック図である。FIG. 10 is a control function block diagram of a control calculation unit 60 according to a sixth embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.

実施の形態１．
図１は、パワーサイクル試験の対象であるパワーデバイス１００の実装構造の断面図の一例を示す。図１に示されるように、パワーデバイス１００は、架台ｆｒに載置されている。パワーデバイス１００は、ワイヤボンドｗｂと、デバイスチップｓｉと、第１はんだ層ｍ１と、セラミック層ｍ２と、第２はんだ層ｍ３と、ベースプレートｍ４とを含む。ベースプレートｍ４は、架台ｆｒに載置されている。ベースプレートｍ４と架台ｆｒとの間には、熱伝導材（たとえばグリース材あるいは伝導性ゴム材）が配置されている。セラミック層ｍ２とベースプレートｍ４とは、第２はんだ層ｍ３によって接合されている。デバイスチップｓｉとセラミック層ｍ２とは、第１はんだ層ｍ１によって接合されている。ワイヤボンドｗｂの一端は、デバイスチップｓｉの表面に接合されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a mounting structure of a power device 100 that is an object of a power cycle test. As shown in FIG. 1, the power device 100 is placed on the gantry fr. The power device 100 includes a wire bond wb, a device chip si, a first solder layer m1, a ceramic layer m2, a second solder layer m3, and a base plate m4. The base plate m4 is placed on the gantry fr. A heat conductive material (for example, a grease material or a conductive rubber material) is disposed between the base plate m4 and the frame fr. The ceramic layer m2 and the base plate m4 are joined by the second solder layer m3. The device chip si and the ceramic layer m2 are joined by the first solder layer m1. One end of the wire bond wb is bonded to the surface of the device chip si.

図２は、実施の形態１に係るパワーサイクル試験装置１の機能ブロック図である。図２に示されるように、パワーサイクル試験装置１は、制御演算部１０と、電力駆動部２００と、時間管理部３００と、温度調整部４００とを備える。図示はしてないが、パワーサイクル試験装置１は、デバイスチップｓｉの自己発熱に起因する接合部温度サイクル範囲ΔＴｊ信号の入力端子を備える。 FIG. 2 is a functional block diagram of the power cycle test apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the power cycle test apparatus 1 includes a control calculation unit 10, a power drive unit 200, a time management unit 300, and a temperature adjustment unit 400. Although not shown, the power cycle test apparatus 1 includes an input terminal for a junction temperature cycle range ΔTj signal caused by self-heating of the device chip si.

制御演算部１０は、パワーデバイス１００の接合部温度サイクル範囲ΔＴｊを制御する。制御演算部１０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサによって実現される。制御演算部１０は、設定温度Ｔｊｄ、パワーデバイス１００のインピーダンス関数Ｒの初期値データＲ０、および伝達利得Ｇｍ０を受けて、操作信号Ｕｏｐを電力駆動部２００に出力する。なお、接合部温度サイクル範囲ΔＴｊ信号は、サイクル最大温度Ｔｊｍａｘと最小温度Ｔｊｍｉｎとの差である。実施の形態においては、便宜上、最小温度Ｔｊｍｉｎを温度Ｔａとする。それぞれ独立変数となる接合部温度サイクル範囲ΔＴｊと温度Ｔａから一意的にサイクル最大温度Ｔｊｍａｘを決定することができる。なお、インピーダンス関数とは、パワーデバイス１００の外部からの電力供給に伴うデバイスチップｓｉの発熱に起因する接合部温度の上昇および、その熱応答時間の経過特性のことである。 The control calculation unit 10 controls the junction temperature cycle range ΔTj of the power device 100. The control arithmetic unit 10 is realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit). Control operation unit 10 receives set temperature Tjd, initial value data R0 of impedance function R of power device 100, and transfer gain Gm0, and outputs operation signal Uop to power drive unit 200. The junction temperature cycle range ΔTj signal is a difference between the cycle maximum temperature Tjmax and the minimum temperature Tjmin. In the embodiment, for convenience, the minimum temperature Tjmin is set as the temperature Ta. The maximum cycle temperature Tjmax can be uniquely determined from the junction temperature cycle range ΔTj and the temperature Ta, which are independent variables. The impedance function is a rise in junction temperature due to heat generation of the device chip si accompanying power supply from the outside of the power device 100, and a course characteristic of the thermal response time.

電力駆動部２００は、操作信号Ｕｏｐに基づいて、パワーデバイス１００に操作電力Ｕを出力する。電力駆動部２００は、操作信号Ｕｏｐに制御されて、予め定められた設定温度Ｔｊｄのプロファイルに従ってパワーデバイス１００の温度が変化するように、パワーデバイス１００に操作電力Ｕを供給する。電力駆動部２００は、たとえばＤＣ−ＤＣコンバータのような電力変換装置である。電力駆動部２００は、操作信号Ｕｏｐに対して、所望のデバイス発熱Ｑを期待して操作電力Ｕを出力する。デバイス発熱Ｑ（Ｊ／ｓｅｃ）と操作電力Ｕ（Ｗ）との関係は、以下の式（１）と表せる。 The power driving unit 200 outputs the operation power U to the power device 100 based on the operation signal Uop. The power driving unit 200 is controlled by the operation signal Uop and supplies the operation power U to the power device 100 so that the temperature of the power device 100 changes according to a predetermined profile of the set temperature Tjd. The power driver 200 is a power conversion device such as a DC-DC converter. The power drive unit 200 outputs the operation power U in anticipation of a desired device heat generation Q with respect to the operation signal Uop. The relationship between the device heat generation Q (J / sec) and the operating power U (W) can be expressed by the following equation (1).

電力駆動部２００は、図３に示される非飽和動作領域でパワーデバイス１００が動作するように、パワーデバイス１００のゲート電位Ｖｇを高電位（１５Ｖ程度）に設定する。パワーサイクル試験中のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅのレベルの変化幅が狭くなるため、操作信号Ｕｏｐによって、コレクタ電流Ｉｃを介してデバイス発熱Ｑを一意的に制御することができる。 The power driver 200 sets the gate potential Vg of the power device 100 to a high potential (about 15 V) so that the power device 100 operates in the non-saturated operation region shown in FIG. Since the change width of the level of the collector-emitter voltage Vce during the power cycle test is narrowed, the device heat generation Q can be uniquely controlled through the collector current Ic by the operation signal Uop.

時間管理部３００は、制御演算部１０および温度調整部４００に時刻信号ｔｒｇを出力する。温度調整部４００は、パワーデバイス１００のベースプレートｍ４の温度を実環境の温度を模擬するように管理する。 The time management unit 300 outputs a time signal trg to the control calculation unit 10 and the temperature adjustment unit 400. The temperature adjustment unit 400 manages the temperature of the base plate m4 of the power device 100 so as to simulate the temperature of the real environment.

パワーサイクル試験装置１は、動作モードとして、パワーサイクルストレス試験（以下では、サイクル試験ともいう。）モードと、初期データ設定モードとを含む。初期データ設定モードにおいては、制御パラメータ（インピーダンス関数および伝達利得）、および設定温度Ｔｊｄが設定される。パワーサイクル試験装置１は、初期データ設定モードで動作した後に、サイクル試験モードで動作する。 The power cycle test apparatus 1 includes a power cycle stress test (hereinafter also referred to as a cycle test) mode and an initial data setting mode as operation modes. In the initial data setting mode, control parameters (impedance function and transfer gain) and set temperature Tjd are set. The power cycle test apparatus 1 operates in the cycle test mode after operating in the initial data setting mode.

図４は、図１に示されるパワーデバイス１００の実装構造に対応する熱等価回路である。熱抵抗Ｒ１および熱容量Ｃ１がデバイスチップｓｉに対応する。熱抵抗Ｒ２および熱容量Ｃ２が第１はんだ層ｍ１に対応する。熱抵抗Ｒ３および熱容量Ｃ３がセラミック層ｍ２に対応する。熱抵抗Ｒ４および熱容量Ｃ４が第２はんだ層ｍ３に対応する。熱抵抗Ｒ５および熱容量Ｃ５がベースプレートｍ４に対応する。熱抵抗Ｒ６および熱容量Ｃ６がベースプレートｍ４と架台ｆｒとの間に配置された熱伝導材に対応する。熱抵抗Ｒ７は、外部熱抵抗に対応する。 FIG. 4 is a thermal equivalent circuit corresponding to the mounting structure of the power device 100 shown in FIG. The thermal resistance R1 and the thermal capacity C1 correspond to the device chip si. Thermal resistance R2 and thermal capacity C2 correspond to the first solder layer m1. Thermal resistance R3 and thermal capacity C3 correspond to the ceramic layer m2. Thermal resistance R4 and thermal capacity C4 correspond to the second solder layer m3. Thermal resistance R5 and thermal capacity C5 correspond to the base plate m4. The thermal resistance R6 and the thermal capacity C6 correspond to the heat conducting material arranged between the base plate m4 and the gantry fr. The thermal resistance R7 corresponds to an external thermal resistance.

図４に示されるように、熱抵抗Ｒ１〜Ｒ７は、熱源ＨＳと基準温度点ＢＰとの間に直列に接続されている。熱容量Ｃ１は、熱抵抗Ｒ１とＲ２との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。熱容量Ｃ２は、熱抵抗Ｒ２とＲ３との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。熱容量Ｃ３は、熱抵抗Ｒ３とＲ４との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。熱容量Ｃ４は、熱抵抗Ｒ４とＲ５との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。熱容量Ｃ５は、熱抵抗Ｒ５とＲ６との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。熱容量Ｃ６は、熱抵抗Ｒ６とＲ７との間の接続点と、基準温度点ＢＰとの間に接続されている。 As shown in FIG. 4, the thermal resistors R1 to R7 are connected in series between the heat source HS and the reference temperature point BP. The heat capacity C1 is connected between the connection point between the thermal resistances R1 and R2 and the reference temperature point BP. The heat capacity C2 is connected between the connection point between the thermal resistances R2 and R3 and the reference temperature point BP. The heat capacity C3 is connected between a connection point between the thermal resistances R3 and R4 and the reference temperature point BP. The heat capacity C4 is connected between a connection point between the thermal resistors R4 and R5 and the reference temperature point BP. The heat capacity C5 is connected between the connection point between the thermal resistances R5 and R6 and the reference temperature point BP. The heat capacity C6 is connected between a connection point between the thermal resistances R6 and R7 and the reference temperature point BP.

パワーデバイス１００を図４に示される熱等価回路としてとらえて、パワーサイクル試験の制御量を接合部温度Ｔｊとした場合、以下の式（２）に示される畳み込み積分演算に従って、接合部温度Ｔｊは、パワーデバイス１００のインピーダンス関数Ｒおよびパワーデバイス１００に出力された操作電力Ｕから一意的に決定することができる。 When the power device 100 is regarded as the thermal equivalent circuit shown in FIG. 4 and the control amount of the power cycle test is the junction temperature Tj, the junction temperature Tj is calculated according to the convolution integral calculation shown in the following equation (2). It can be uniquely determined from the impedance function R of the power device 100 and the operating power U output to the power device 100.

接合部温度Ｔｊの変化を所望のプロファイルとするために、予め所望のプロファイルとした設定温度Ｔｊｄを実現する操作電力Ｕｒｅｑをパワーデバイス１００に与える必要がある。操作電力Ｕｒｅｑは、インピーダンス関数Ｒの数値列の逆関数Ｒ^−１を用いて式（３）として表される。 In order to make the change in the junction temperature Tj a desired profile, it is necessary to provide the power device 100 with the operating power Ureq that realizes the set temperature Tjd that has a desired profile beforehand. The operating power Ureq is expressed as Expression (3) using an inverse function R ⁻¹ of a numerical sequence of the impedance function R.

図４に示される熱等価回路に含まれる熱回路要素（熱抵抗Ｒ１〜Ｒ７および熱容量Ｃ１〜Ｃ６）の各数値を構造部材の熱物性値および形状寸法から算出するためには手間を要する。 It takes time and effort to calculate the numerical values of the thermal circuit elements (thermal resistances R1 to R7 and thermal capacities C1 to C6) included in the thermal equivalent circuit shown in FIG. 4 from the thermal property values and shape dimensions of the structural members.

そこで実施の形態１においては、内部モデル制御においてパワーデバイス１００の熱応答特性を表すインピーダンス関数Ｒを用いて、所望のプロファイルとした設定温度Ｔｊｄから操作電力Ｕｒｅｑを算出する。 Therefore, in the first embodiment, the operation power Ureq is calculated from the set temperature Tjd having a desired profile using the impedance function R representing the thermal response characteristics of the power device 100 in the internal model control.

図５は、制御演算部１０の制御機能ブロック図である。図５に示されるように、制御演算部１０は、参照モデル計算部１１と、プロセスモデル計算部１２と、レギュレータ１３と、設定温度ＴＢＬ１４と、係数変換部１５と、状態診断部１６とを備える。 FIG. 5 is a control function block diagram of the control calculation unit 10. As shown in FIG. 5, the control calculation unit 10 includes a reference model calculation unit 11, a process model calculation unit 12, a regulator 13, a set temperature TBL 14, a coefficient conversion unit 15, and a state diagnosis unit 16. .

参照モデル計算部１１は、外乱を考慮しないモデルとして予め定められた独立モデルに基づいて予測モデル制御を行なう。参照モデル計算部１１は、サンプリング時刻ｉｉより１サンプリング時間前のサンプリング時刻（ｉｉ−１）の操作温度Ｔｊｏｐ、サンプリング時刻（ｉｉ−１）のモデル温度Ｔｍｏｄ、およびインピーダンス関数の初期値データＲ０の先頭データＲ０（１）を用いて、以下の式（４）に従って演算し、今回のサンプリング時刻ｉｉにおける接合部温度Ｔｊの予測値であるモデル温度Ｔｍｏｄをレギュレータ１３および状態診断部１６に出力する。 The reference model calculation unit 11 performs predictive model control based on an independent model that is predetermined as a model that does not consider disturbance. The reference model calculation unit 11 starts the operation temperature Tjop at the sampling time (ii-1) one sampling time before the sampling time ii, the model temperature Tmod at the sampling time (ii-1), and the initial value data R0 of the impedance function. Using the data R0 (1), calculation is performed according to the following equation (4), and the model temperature Tmod that is the predicted value of the junction temperature Tj at the current sampling time ii is output to the regulator 13 and the state diagnosis unit 16.

プロセスモデル計算部１２は、コンボリューションモデルを用いて、パワーデバイス１００に実際に印加された操作電力から接合温度Ｔｊを推定する。プロセスモデル計算部１２は、パワーデバイスに印加された操作電力と、パワーデバイスのインピーダンス関数とを用いて、接合部温度Ｔｊの推定値（実績値）であるプロセス温度Ｔｊ＊を算出する。プロセスモデル計算部１２は、パワーサイクル試験が開始されてからサンプリング時刻ｉｉまでのインピーダンス関数Ｒ０、操作信号Ｕｏｐを用いて、以下の式（５）に従ってサンプリング時刻ｉｉにおけるプロセス温度Ｔｊ＊を算出し、レギュレータ１３および状態診断部１６に出力する。 The process model calculation unit 12 estimates the junction temperature Tj from the operation power actually applied to the power device 100 using the convolution model. The process model calculation unit 12 calculates a process temperature Tj *, which is an estimated value (actual value) of the junction temperature Tj, using the operation power applied to the power device and the impedance function of the power device. The process model calculation unit 12 calculates the process temperature Tj * at the sampling time ii according to the following equation (5) using the impedance function R0 and the operation signal Uop from the start of the power cycle test to the sampling time ii, Output to the regulator 13 and the state diagnosis unit 16.

レギュレータ１３は、サンプリング時刻ｉｉから予測時間差Δｈが経過したサンプリング時刻（ｉｉ＋Δｈ）までのモデル温度Ｔｍｏｄの変化量Δｍを以下の式（６）に従って算出する。 The regulator 13 calculates the change amount Δm of the model temperature Tmod from the sampling time ii to the sampling time (ii + Δh) when the predicted time difference Δh has elapsed according to the following equation (6).

式（６）の第１項は、モデル温度Ｔｍｏｄのサンプリング時刻ｉｉから予測時間差Δｈが経過するまでの自然放熱寄与分である。式（６）の第２項は、強制加熱寄与分である。式（６）の第３項は、サンプリング時刻ｉｉのモデル温度Ｔｍｏｄである。 The first term of the equation (6) is a natural heat radiation contribution until the predicted time difference Δh elapses from the sampling time ii of the model temperature Tmod. The second term of the formula (6) is a forced heating contribution. The third term of Equation (6) is the model temperature Tmod at the sampling time ii.

レギュレータ１３は、サンプリング時刻ｉｉからサンプリング時刻（ｉｉ＋Δｈ）までのプロセス温度Ｔｊ＊の変化量Δｐを、以下の式（７）に従って算出する。式（７）においてＫ（Δｈ）は制御係数である。 The regulator 13 calculates the change amount Δp of the process temperature Tj * from the sampling time ii to the sampling time (ii + Δh) according to the following equation (7). In Equation (7), K (Δh) is a control coefficient.

レギュレータ１３は、設定温度Ｔｊｄと、サンプリング時刻ｉｉにおける推定値であるプロセス温度Ｔｊ＊とを用いて、プロセス温度Ｔｊ＊が設定温度Ｔｊｄのプロファイルに追従するように、サンプリング時刻ｉｉの予測値であるモデル温度Ｔｍｏｄを補正した値をサンプリング時刻ｉｉの操作温度Ｔｊ＊として算出する。具体的には、レギュレータ１３は、変化量Δｍと変化量Δｐとが一致するように、式（８）に従ってサンプリング時刻ｉｉにおける操作温度Ｔｊｏｐを算出する。レギュレータ１３は、参照モデル計算部１１、プロセスモデル計算部１２、および係数変換部１５へ操作温度Ｔｊｏｐを出力する。 The regulator 13 is a predicted value at the sampling time ii so that the process temperature Tj * follows the profile of the set temperature Tjd using the set temperature Tjd and the process temperature Tj * that is an estimated value at the sampling time ii. A value obtained by correcting the model temperature Tmod is calculated as the operation temperature Tj * at the sampling time ii. Specifically, the regulator 13 calculates the operation temperature Tjop at the sampling time ii according to the equation (8) so that the variation Δm and the variation Δp coincide. The regulator 13 outputs the operation temperature Tjop to the reference model calculation unit 11, the process model calculation unit 12, and the coefficient conversion unit 15.

参照モデル計算部１１、プロセスモデル計算部１２、およびレギュレータ１３による同時処理が、サンプリング時刻毎に再帰的に実施される。式（４）〜（８）による計算は、予測時間差Δｈ時間経過後の設定温度Ｔｊｄおよびインピーダンス関数Ｒの情報を用いた予測モデル制御に基づいている。 Simultaneous processing by the reference model calculation unit 11, the process model calculation unit 12, and the regulator 13 is recursively performed at each sampling time. The calculations according to the equations (4) to (8) are based on prediction model control using information on the set temperature Tjd and the impedance function R after the prediction time difference Δh has elapsed.

設定温度ＴＢＬ１４には、パワーサイクル試験の１サイクル分の接合部温度Ｔｊの時系列データである設定温度Ｔｊｄが、初期データ設定モードにおいて保存される。設定温度ＴＢＬ１４は、時間管理部３００から時刻信号ｔｒｇを受ける度にレギュレータ１３に設定温度Ｔｊｄを出力する。設定温度ＴＢＬ１４は、時間管理部３００から予測時間差Δｈを受ける。 In the set temperature TBL14, a set temperature Tjd that is time-series data of the junction temperature Tj for one cycle of the power cycle test is stored in the initial data setting mode. The set temperature TBL14 outputs the set temperature Tjd to the regulator 13 every time the time signal trg is received from the time management unit 300. The set temperature TBL14 receives the predicted time difference Δh from the time management unit 300.

係数変換部１５は、操作温度Ｔｊｏｐを受けて、伝達利得Ｇｍ０を用いて変換し、操作信号Ｕｏｐを電力駆動部２００に出力する。 Coefficient conversion unit 15 receives operation temperature Tjop, converts it using transfer gain Gm0, and outputs operation signal Uop to power drive unit 200.

状態診断部１６は、パワーサイクル試験の１サイクル分のモデル温度Ｔｍｏｄとプロセス温度Ｔｊ＊との比較演算により、パワーサイクル試験におけるパワーデバイス１００の劣化状態を診断し、評価信号Ｓｔｊを出力する。 The state diagnosis unit 16 diagnoses the deterioration state of the power device 100 in the power cycle test by comparing the model temperature Tmod for one cycle of the power cycle test and the process temperature Tj *, and outputs an evaluation signal Stj.

制御演算部１０は、サイクル試験モードにおいて、設定温度Ｔｊｄおよびインピーダンス関数Ｒ０を用いて、模擬演算上で算出するプロセス温度Ｔｊ＊が設定温度Ｔｊｄに一致するまで繰り返し演算処理を続ける。設定温度Ｔｊｄが時間経過に伴って変化すれば、プロセス温度Ｔｊ＊が追従動作する。その結果、設定温度Ｔｊｄのプロファイルとほとんど同じプロセス温度Ｔｊ＊のプロファイルが得られる。 In the cycle test mode, the control calculation unit 10 continues the calculation process using the set temperature Tjd and the impedance function R0 until the process temperature Tj * calculated on the simulation calculation matches the set temperature Tjd. If the set temperature Tjd changes with time, the process temperature Tj * follows. As a result, a profile of the process temperature Tj * almost the same as the profile of the set temperature Tjd is obtained.

操作温度Ｔｊｏｐは、伝達利得Ｇｍ０の係数変換部１５によって変換され、操作信号Ｕｏｐに基づいた操作電力として、パワーデバイス１００に出力される。パワーデバイス１００の接合部温度Ｔｊは、操作温度Ｔｊｏｐに倣うように制御される。制御演算部１０が出力する操作信号Ｕｏｐに基づいた操作電力をパワーデバイス１００に印加することにより、接合部温度Ｔｊに対して、レギュレータ１３が生成する操作温度Ｔｊｏｐをマスタープロファイルとする倣い制御を実現することができる。 The operation temperature Tjop is converted by the coefficient conversion unit 15 having the transfer gain Gm0, and is output to the power device 100 as operation power based on the operation signal Uop. The junction temperature Tj of the power device 100 is controlled to follow the operating temperature Tjop. By applying the operation power based on the operation signal Uop output from the control calculation unit 10 to the power device 100, the copying temperature control using the operation temperature Tjop generated by the regulator 13 as the master profile is realized with respect to the junction temperature Tj. can do.

図６は、設定温度Ｔｊｄのプロファイル、操作電力Ｕのプロファイル、プロセス温度Ｔｊ＊のプロファイルを併せて示す図である。図６に示されるように、出力温度Ｔｊが設定温度Ｔｊｄに追従動作するように、操作電力Ｕがパワーデバイス１００に印加されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating a profile of the set temperature Tjd, a profile of the operating power U, and a profile of the process temperature Tj *. As shown in FIG. 6, the operating power U is applied to the power device 100 so that the output temperature Tj follows the set temperature Tjd.

図７は、設定温度Ｔｊｄのプロファイル、モデル温度Ｔｍｏｄのプロファイル、プロセス温度Ｔｊ＊のプロファイルを併せて示す図である。図７に示されるように、パワーサイクル試験初期において各プロファイルは、ほぼ一致している。 FIG. 7 is a diagram illustrating a profile of the set temperature Tjd, a profile of the model temperature Tmod, and a profile of the process temperature Tj *. As shown in FIG. 7, the profiles almost coincide with each other in the initial stage of the power cycle test.

図８は、実施の形態１において、設定温度Ｔｊｄに対するパワーデバイス１００の接合部温度Ｔｊの特性の実験値である。図８に示されているのは、パワーデバイス１００の表面の測定点の温度をサーモビュアーで観測した結果である。図８においては、チップ表面の１箇所の時間経過温度がプロットされている。以下では、時間経過温度がプロットされたグラフを、プロファイルと呼ぶ。曲線Ｅｓ１〜Ｅｓ５のチップ表面温度の昇降温速度ｄＴｊ／ｄｔは、それぞれ、８℃／sec、１９℃／ｓｅｃ、３５℃／ｓｅｃ、６４℃／ｓｅｃ、および１１６℃／ｓｅｃである。図８に示されるように、接合部温度Ｔｊは、一定の昇降温速度で変化している。昇温後の接合部温度Ｔｊが一定であることから、所与のプロファイルに対して接合部温度Ｔｊが忠実に制御されている。 FIG. 8 shows experimental values of characteristics of the junction temperature Tj of the power device 100 with respect to the set temperature Tjd in the first embodiment. FIG. 8 shows the result of observing the temperature at the measurement point on the surface of the power device 100 with a thermoviewer. In FIG. 8, the time elapsed temperature at one place on the chip surface is plotted. Hereinafter, the graph in which the time-lapse temperature is plotted is referred to as a profile. The chip surface temperature rising / lowering rates dTj / dt of the curves Es1 to Es5 are 8 ° C./sec, 19 ° C./sec, 35 ° C./sec, 64 ° C./sec, and 116 ° C./sec, respectively. As shown in FIG. 8, the junction temperature Tj changes at a constant heating / cooling rate. Since the junction temperature Tj after the temperature rise is constant, the junction temperature Tj is faithfully controlled for a given profile.

図９は、図８に示されるデータを用いた直線性図である。図９において、曲線Ｌｎ１，Ｌｎ２は、それぞれ昇温曲線および降温曲線を表す。以下の表１は、図８の昇降温速度（実験値）を示す。 FIG. 9 is a linearity diagram using the data shown in FIG. In FIG. 9, curves Ln1 and Ln2 represent a temperature rise curve and a temperature fall curve, respectively. Table 1 below shows the heating / cooling speed (experimental value) in FIG.

図８、図９、および表１から、実施の形態１においては、昇降温速度に関して、±２％以内の直線性（コーナ部を除く）が得られている。図１０に示される従来例のデータと比較すると、図７と同様に、実施の形態１においては昇降温速度ｄＴｊ／ｄｔに関する制御が精度よく行なわれている。 From FIG. 8, FIG. 9, and Table 1, in Embodiment 1, the linearity (except for a corner part) within ± 2% is obtained with respect to the temperature raising / lowering speed. Compared with the data of the conventional example shown in FIG. 10, in the same manner as in FIG. 7, the control relating to the temperature raising / lowering speed dTj / dt is performed with high accuracy in the first embodiment.

以上、実施の形態１に係るパワーサイクル試験装置によれば、パワーサイクル試験によるパワーデバイスの信頼性評価の精度を向上させることができる。 As mentioned above, according to the power cycle test apparatus which concerns on Embodiment 1, the precision of the reliability evaluation of the power device by a power cycle test can be improved.

実施の形態２．
実施の形態１においては、パワーサイクル試験が行なわれている間、プロセスモデル計算部が参照するインピーダンス関数Ｒが更新されない場合について説明した。実施の形態２においては、パワーサイクル試験が行なわれている間、プロセスモデル計算部が参照するインピーダンス関数が更新される場合について説明する。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the impedance function R referred to by the process model calculation unit is not updated during the power cycle test has been described. In the second embodiment, a case will be described in which the impedance function referred to by the process model calculation unit is updated during the power cycle test.

図１１は、実施の形態２に係る制御演算部２０の制御機能ブロック図である。図１１に示されるように、制御演算部２０の構成は、図５に示されるインピーダンス関数Ｒ０、伝達利得Ｇｍｎ、および状態診断部１６が、それぞれインピーダンス関数Ｒｎ、伝達利得Ｇｍｎ、および状態診断部２６に置き換えられている。 FIG. 11 is a control function block diagram of the control calculation unit 20 according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the configuration of the control calculation unit 20 is such that the impedance function R0, the transfer gain Gmn, and the state diagnosis unit 16 shown in FIG. 5 are the impedance function Rn, the transfer gain Gmn, and the state diagnosis unit 26, respectively. Has been replaced.

実施の形態２においては、プロセスモデル計算部１２が参照するインピーダンス関数Ｒｎは、パワーサイクル試験の間、逐次更新される。実施の形態２においては、状態診断部２６においてパワーデバイス１００の最新の放熱特性を示すインピーダンス関数Ｒｎと、インピーダンス関数Ｒ０（初期値）とが比較され、パワーデバイス１００の放熱特性の劣化進行具合が定量化される。 In the second embodiment, the impedance function Rn referred to by the process model calculation unit 12 is sequentially updated during the power cycle test. In the second embodiment, the state diagnosis unit 26 compares the impedance function Rn indicating the latest heat dissipation characteristics of the power device 100 with the impedance function R0 (initial value), and the progress of deterioration of the heat dissipation characteristics of the power device 100 is determined. Quantified.

制御演算部２０においてインピーダンス関数Ｒｎは、参照モデル計算部１１、およびプロセスモデル計算部１２に制御モデル関数データとして格納される。参照モデル計算部１１が参照するインピーダンス関数Ｒｎは、パワーサイクル試験が行なわれている間、インピーダンス関数Ｒ０であり、更新されない。プロセスモデル計算部１２においては、パワーサイクル数に伴うパワーデバイス１００の熱応答特性の変化に応じて、インピーダンス関数Ｒｎが更新される。 In the control calculation unit 20, the impedance function Rn is stored as control model function data in the reference model calculation unit 11 and the process model calculation unit 12. The impedance function Rn referred to by the reference model calculation unit 11 is the impedance function R0 during the power cycle test and is not updated. In the process model calculation unit 12, the impedance function Rn is updated according to the change in the thermal response characteristics of the power device 100 with the number of power cycles.

プロセスモデル計算部１２は、実施の形態１の式（５）に替えて、以下の式（９）に従って、プロセス温度Ｔｊ＊を算出する。 The process model calculation unit 12 calculates the process temperature Tj * according to the following equation (9) instead of the equation (5) of the first embodiment.

パワーサイクル試験の経過と共に、繰り返し熱ストレスがパワーデバイス１００、特にはんだ接合層等に集中して蓄積されるため、パワーデバイス１００のはんだ接合部位での放熱特性の劣化が進行する。その結果、インピーダンス関数Ｒｎがインピーダンス関数Ｒ０から変化する。状態診断部２６は、インピーダンス関数Ｒｎとインピーダンス関数Ｒ０との比較を行なって、評価信号Ｓｔｊとともに、評価信号変化量ΔＳｔｊを出力する。評価信号変化量ΔＳｔｊは、たとえば、図１３の時刻Ｔｃｈｋでのモデル温度Ｔｍｏｄとプロセス温度Ｔｊ＊との強度の差を用いることができる。評価信号変化量ΔＳｔｊから、パワーデバイス１００の放熱特性の劣化推移を示すことができる。 As the power cycle test progresses, repeated thermal stresses are concentrated and accumulated in the power device 100, particularly the solder joint layer, so that the heat dissipation characteristics of the power device 100 are deteriorated at the solder joint portion. As a result, the impedance function Rn changes from the impedance function R0. The state diagnosis unit 26 compares the impedance function Rn and the impedance function R0, and outputs the evaluation signal change amount ΔStj together with the evaluation signal Stj. As the evaluation signal change amount ΔStj, for example, the difference in intensity between the model temperature Tmod and the process temperature Tj * at the time Tchk in FIG. 13 can be used. The deterioration transition of the heat dissipation characteristics of the power device 100 can be shown from the evaluation signal change amount ΔStj.

制御演算部２０は、模擬演算処理を通じて、所望する設定温度Ｔｊｄに対して、プロセス温度Ｔｊ＊を生成し、操作信号Ｕｏｐを電力駆動部２００に出力する。制御演算部２０は、設定温度Ｔｊｄのプロファイルと同期するように外部制御を行なう。この一連の動作は倣い制御動作と呼ぶことができる。 The control calculation unit 20 generates a process temperature Tj * for the desired set temperature Tjd through the simulation calculation process, and outputs an operation signal Uop to the power driving unit 200. The control calculation unit 20 performs external control so as to synchronize with the profile of the set temperature Tjd. This series of operations can be called a copying control operation.

パワーサイクル試験中、パワーデバイス１００に繰り返し熱ストレスが蓄積するため、パワーデバイスの放熱特性が悪化する。制御演算部２０は、パワーデバイス１００の放熱特性が劣化した場合でも、所望の接合部温度Ｔｊのプロファイル制御を維持することができる。更に制御演算部２０は、パワーデバイス１００の放熱特性の劣化の度合いを定量化する手段として、状態診断部２６を備える。 During the power cycle test, heat stress repeatedly accumulates in the power device 100, so that the heat dissipation characteristics of the power device are deteriorated. The control calculation unit 20 can maintain profile control of the desired junction temperature Tj even when the heat dissipation characteristics of the power device 100 deteriorate. Furthermore, the control calculation unit 20 includes a state diagnosis unit 26 as means for quantifying the degree of deterioration of the heat dissipation characteristics of the power device 100.

状態診断部２６は、パワーサイクル試験中、制御演算部２０が行なう１サイクルの倣い制御動作において、参照モデル計算部１１が出力するモデル温度Ｔｍｏｄのプロファイルと、およびプロセスモデル計算部１２が出力するプロセス温度のプロファイルとを比較処理する。その結果、状態診断部２６は、プロセス状態量となる信号強度差および強度時間積算量が算出する。実施の形態２においては、パワーデバイス１００の劣化の推移が、常時観測することができる。 The state diagnosis unit 26 includes a profile of the model temperature Tmod output from the reference model calculation unit 11 and a process output from the process model calculation unit 12 in a one-cycle scanning control operation performed by the control calculation unit 20 during the power cycle test. Compare with temperature profile. As a result, the state diagnosis unit 26 calculates a signal intensity difference and an intensity time integrated amount that are process state quantities. In the second embodiment, the transition of deterioration of the power device 100 can always be observed.

参照モデル計算部１１が算出するモデル温度Ｔｍｏｄと、プロセスモデル計算部１２が算出するプロセス温度Ｔｊ＊とは、パワーサイクル試験のサイクル回数の増加に伴って、両者の差が拡がる。レギュレータ１３は、設定温度Ｔｊｄにプロセス温度Ｔｊ＊が一致するように操作温度Ｔｊｏｐを出力する。結果的に、パワーデバイス１００の放熱特性が劣化した場合でも、制御演算部２０は、追従制御動作を通じて、接合部温度Ｔｊを、設定温度Ｔｊｄに追従するように制御することができる。 The difference between the model temperature Tmod calculated by the reference model calculation unit 11 and the process temperature Tj * calculated by the process model calculation unit 12 increases as the number of cycles of the power cycle test increases. The regulator 13 outputs the operation temperature Tjop so that the process temperature Tj * matches the set temperature Tjd. As a result, even when the heat dissipation characteristics of the power device 100 deteriorate, the control calculation unit 20 can control the junction temperature Tj so as to follow the set temperature Tjd through the follow-up control operation.

図１２は、実施の形態２における設定温度Ｔｊｄ、およびプロセス温度Ｔｊ＊のそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。図１２に示されるように、プロセス温度Ｔｊ＊は、設定温度Ｔｊに追従するように制御されている。 FIG. 12 is a diagram showing the profiles of set temperature Tjd and process temperature Tj * in the second embodiment. As shown in FIG. 12, the process temperature Tj * is controlled so as to follow the set temperature Tj.

図１３は、設定温度Ｔｊｄ、モデル温度Ｔｍｏｄ、およびプロセス温度Ｔｊ＊のそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。図１３に示されるように、プロセス温度Ｔｊ＊と設定温度Ｔｊｄとの間に差異が生じた場合、当該差異を補う補償動作を行なうようにモデル温度Ｔｍｏｄが制御されている。すなわち、プロセス温度Ｔｊ＊が設定温度Ｔｊｄよりも小さい場合、モデル温度Ｔｍｏｄは、設定温度Ｔｊｄよりも大きくなるように制御される。プロセス温度Ｔｊ＊が設定温度Ｔｊｄよりも大きい場合、モデル温度Ｔｍｏｄは、設定温度Ｔｊｄよりも小さくなるように制御される。 FIG. 13 is a diagram showing the profiles of the set temperature Tjd, the model temperature Tmod, and the process temperature Tj * together. As shown in FIG. 13, when a difference occurs between the process temperature Tj * and the set temperature Tjd, the model temperature Tmod is controlled so as to perform a compensation operation to compensate for the difference. That is, when the process temperature Tj * is lower than the set temperature Tjd, the model temperature Tmod is controlled to be higher than the set temperature Tjd. When the process temperature Tj * is higher than the set temperature Tjd, the model temperature Tmod is controlled to be lower than the set temperature Tjd.

図１４は、設定温度Ｔｊｄ、モデル温度Ｔｍｏｄ、および操作温度Ｔｊｏｐのそれぞれのプロファイルを併せて示す図である。操作温度Ｔｊｏｐは、プロセス温度Ｔｊ＊およびモデル温度Ｔｍｏｄから算出され、電力駆動部２００に出力される。 FIG. 14 is a diagram illustrating the profiles of the set temperature Tjd, the model temperature Tmod, and the operation temperature Tjop. The operation temperature Tjop is calculated from the process temperature Tj * and the model temperature Tmod and is output to the power driving unit 200.

以上、実施の形態２に係るパワーサイクル試験装置によれば、パワーサイクル試験によるパワーデバイスの信頼性評価の精度を向上させることができる。また、実施の形態２に係るパワーサイクル試験装置によれば、パワーサイクル試験中にパワーデバイス１００の放熱特性が劣化した場合でも、接合部温度を設定温度に追従させることができるため、パワーデバイスの信頼性評価の精度をさらに向上させることができる。さらに、実施の形態２に係るパワーサイクル試験装置によれば、パワーサイクル試験中、サイクルプロセスを停止することなく、サイクル疲労に因るはんだ接合部材の劣化進展に伴うパワーデバイスの放熱特性の劣化状態をインラインモニタリングすることができる。 As mentioned above, according to the power cycle test apparatus which concerns on Embodiment 2, the precision of the reliability evaluation of the power device by a power cycle test can be improved. Further, according to the power cycle test apparatus according to the second embodiment, the junction temperature can be made to follow the set temperature even when the heat dissipation characteristics of the power device 100 deteriorate during the power cycle test. The accuracy of reliability evaluation can be further improved. Furthermore, according to the power cycle test apparatus according to the second embodiment, the degradation state of the heat dissipation characteristics of the power device accompanying the progress of the degradation of the solder joint member due to the cycle fatigue without stopping the cycle process during the power cycle test. Can be monitored inline.

実施の形態３．
実施の形態３では、インピーダンス関数から長時時定数の寄与分を排除することにより、パワーサイクル試験を短縮化する場合について説明する。 Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a case will be described in which the power cycle test is shortened by eliminating the contribution of the long time constant from the impedance function.

図１５は、パワーデバイス１００に対するステップ印加電力に対するインピーダンス関数曲線を模式的に示した図である。図１５に示される曲線は、ステップ熱入力Ｐｃに対する接合部温度Ｔｊの昇温特性を示す。図１５に示されるインピーダンス関数曲線にステップ熱入力Ｐｃをかけることにより、接合部温度Ｔｊを算出することができる。時刻ｔｍ０からｔｍ１までの時間間隔Ｔｐｋｇは、図１のデバイスチップｓｉからベースプレートｍ４の下面に熱が拡散する熱拡散時間を表す。 FIG. 15 is a diagram schematically showing an impedance function curve with respect to step applied power to the power device 100. The curve shown in FIG. 15 shows the temperature rise characteristic of the junction temperature Tj with respect to the step heat input Pc. The junction temperature Tj can be calculated by applying the step heat input Pc to the impedance function curve shown in FIG. A time interval Tpkg from time tm0 to tm1 represents a thermal diffusion time during which heat diffuses from the device chip si in FIG. 1 to the lower surface of the base plate m4.

パワーデバイス１００の実装構造を、図４に示される熱等価回路のような２端子回路（１端子対回路）として捉えた場合、伝播遅延の効果が少ないことから無駄時間に相当する遅れ時間がないため、インピーダンス関数Ｒは式（１０）のように表せる。式（１０）において時定数τＡ，τＢ，τＣの大小関係は、τＡ＜τＢ＜τＣである。 When the mounting structure of the power device 100 is regarded as a two-terminal circuit (one-terminal pair circuit) such as the thermal equivalent circuit shown in FIG. 4, there is no delay time corresponding to dead time because the effect of propagation delay is small. Therefore, the impedance function R can be expressed as in Expression (10). In Equation (10), the magnitude relationship between the time constants τA, τB, and τC is τA <τB <τC.

実施の形態３においては、最も大きい時定数である長時間時定数（最も大きい時定数）の寄与分を排除した式（１１）で表されるインピーダンス関数Ｒを用いて応答時間の短縮を図ることにより、パワーサイクル試験の短縮を図る。 In the third embodiment, the response time is shortened by using the impedance function R expressed by the equation (11) in which the contribution of the long time constant (the largest time constant) which is the largest time constant is excluded. To shorten the power cycle test.

図１６は、実施の形態３に係るパワーサイクル試験装置３の機能ブロック図である。図１６において、インピーダンス関数Ｒｎ^*、伝達利得Ｇｍｎ＊は、式（１１）に基づいて、長時間時定数が除かれた修正インピーダンス関数である。当該修正インピーダンス関数を用いることにより、ステップ応答時の収束時間が短縮され、パワーサイクルの時間周期を短縮することができる。 FIG. 16 is a functional block diagram of the power cycle test apparatus 3 according to the third embodiment. In FIG. 16, the impedance function Rn ^* and the transfer gain Gmn * are modified impedance functions from which the long time constant is removed based on the equation (11). By using the modified impedance function, the convergence time at the step response is shortened, and the time period of the power cycle can be shortened.

排除された長時間時定数の成分については、十分に収束しない状態でパワーサイクル電力が印加されるため、パワーサイクル信号に重畳されて平均温度を上昇させることになる。そこで、実施の形態３では、この昇温成分を調整するための温度調整部４００を備える。 Since the power cycle power is applied to the excluded long time constant component without sufficiently converging, the average temperature is increased by being superimposed on the power cycle signal. Therefore, the third embodiment includes a temperature adjustment unit 400 for adjusting the temperature rising component.

温度調整部４００は、パワーデバイス１００のベースプレートｍ４の温度を周囲環境模擬温度Ｔａに管理する。温度調整部４００は、昇降温制御が可能である。温度調整部４００は、パワーデバイス１００からの熱Ｑｅｘを吸収する。温度調整部４００は、長い時定数項に起因する熱応答による温度上昇量を吸収してパワーデバイス１００を冷却する。 The temperature adjustment unit 400 manages the temperature of the base plate m4 of the power device 100 to the ambient environment simulation temperature Ta. The temperature adjustment unit 400 can perform temperature increase / decrease control. Temperature adjustment unit 400 absorbs heat Qex from power device 100. The temperature adjusting unit 400 cools the power device 100 by absorbing the temperature increase due to the thermal response due to the long time constant term.

図１７は、実施の形態３に係る制御演算部３０の制御機能ブロック図である。制御演算部３０の構成は、図１１の制御演算部２０の構成のインピーダンス関数Ｒｎおよび伝達利得Ｇｍｎが、インピーダンス関数Ｒｎ＊および伝達利得Ｇｍｎ＊に置き換えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 17 is a control function block diagram of the control calculation unit 30 according to the third embodiment. The configuration of the control calculation unit 30 is a configuration in which the impedance function Rn and the transfer gain Gmn of the configuration of the control calculation unit 20 in FIG. 11 are replaced with the impedance function Rn * and the transfer gain Gmn *. Since the configuration other than these is the same, the description will not be repeated.

以上、実施の形態３に係るパワーサイクル試験装置によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、パワーサイクル試験に要する時間を短縮することができる。 As described above, according to the power cycle test apparatus of the third embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the time required for the power cycle test can be shortened.

実施の形態４．
パワーサイクル試験の間にパワーデバイスの放熱特性は徐々に劣化する。実施の形態４においては、パワーデバイスの放熱特性の劣化に応じたインピーダンス関数を生成する構成について説明する。 Embodiment 4 FIG.
During the power cycle test, the heat dissipation characteristics of the power device gradually deteriorate. In the fourth embodiment, a configuration for generating an impedance function according to deterioration of heat dissipation characteristics of a power device will be described.

図１８は、実施の形態４に係る制御演算部４０の制御機能ブロック図である。図１８に示されるように、制御演算部４０の構成は、図１７の制御演算部３０の構成にモデル生成部１８０が加えられている点である。それ以外の構成は同様であるため説明を繰り返さない。 FIG. 18 is a control function block diagram of the control calculation unit 40 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 18, the configuration of the control calculation unit 40 is that a model generation unit 180 is added to the configuration of the control calculation unit 30 of FIG. 17. Since the other configuration is the same, the description will not be repeated.

モデル生成部１８０は、パワーデバイス１００から接合部温度Ｔｊについての有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）を受けて、パワーデバイスの放熱特性の劣化に応じたインピーダンス関数Ｒｎを生成し、参照モデル計算部１１およびプロセスモデル計算部１２に出力する。 The model generation unit 180 receives the sensitive signal Rvce (t) for the junction temperature Tj from the power device 100, generates an impedance function Rn corresponding to the deterioration of the heat dissipation characteristics of the power device, and generates the reference model calculation unit 11 and Output to the process model calculation unit 12.

図１９は、モデル生成部１８０の機能ブロック図である。図１９に示されるように、モデル生成部１８０は、変換部１８１と、インピーダンス関数生成部１８２と、伝達利得出力部１８３と、校正信号出力部１８４とを含む。 FIG. 19 is a functional block diagram of the model generation unit 180. As illustrated in FIG. 19, the model generation unit 180 includes a conversion unit 181, an impedance function generation unit 182, a transfer gain output unit 183, and a calibration signal output unit 184.

変換部１８１は、有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）を受けて、温度変換処理を行ない、接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）を出力する。インピーダンス関数生成部１８２は、接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）を受けて、正規化されたインピーダンス関数を生成して出力する。伝達利得出力部１８３は、校正電力Ｐｃａｌおよび接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）を受けて、伝達利得Ｇｍｎを出力する。校正信号出力部１８４は、時刻信号ｔｒｇを受けて校正信号Ｓｃａｌを電力駆動部２００に出力する。 The converter 181 receives the sensitive signal Rvce (t), performs a temperature conversion process, and outputs a junction temperature signal Rtj (t). The impedance function generation unit 182 receives the junction temperature signal Rtj (t) and generates and outputs a normalized impedance function. Transfer gain output unit 183 receives calibration power Pcal and junction temperature signal Rtj (t) and outputs transfer gain Gmn. The calibration signal output unit 184 receives the time signal trg and outputs the calibration signal Scal to the power driving unit 200.

図２０は、校正信号Ｓｃａｌおよび有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）それぞれのプロファイルを併せて示す図である。図２０に示されるように実施の形態４においては、校正信号Ｓｃａｌはステップ入力信号である。 FIG. 20 is a diagram illustrating the profiles of the calibration signal Scal and the sensitive signal Rvce (t). As shown in FIG. 20, in the fourth embodiment, the calibration signal Scal is a step input signal.

実施の形態４に係るパワーサイクル試験装置の動作モードは、校正試験モードをさらに含む。以下では、校正試験モードにおけるモデル生成部１８０の動作について説明する。 The operation mode of the power cycle test apparatus according to Embodiment 4 further includes a calibration test mode. Hereinafter, the operation of the model generation unit 180 in the calibration test mode will be described.

校正信号Ｓｃａｌを受けた電力駆動部２００は、パワーデバイス１００に校正電力Ｐｃａｌを印加する。パワーデバイス１００は、校正信号Ｓｃａｌを受けて、接合部温度Ｔｊが昇温する高出力状態（状態Ｈ）から低出力状態（状態Ｌ）に遷移する。低出力状態においてパワーデバイス１００に流れる電流値は、予め温度校正係数を取得するために自己発熱を避けて低電流値（たとえば０．０１〜０．１Ａ）が選択される。 The power driving unit 200 that has received the calibration signal Scal applies the calibration power Pcal to the power device 100. In response to the calibration signal Scal, the power device 100 transitions from a high output state (state H) in which the junction temperature Tj is raised to a low output state (state L). In order to obtain a temperature calibration coefficient in advance, a low current value (for example, 0.01 to 0.1 A) is selected as the current value flowing through the power device 100 in the low output state, avoiding self-heating.

高出力状態から低出力状態へ高速に遷移してから接合部温度が安定するまで、変換部１８１は、パワーデバイス１００が出力する有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）を量子化する。変換部１８１は、式（１２）に従って有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）を接合部温度Ｔｊ（ｔ）に換算し、接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）を出力する。式（１２）における、温度換算係数α，βは、Ｋファクターとよばれる校正係数であり、実験値である。 The conversion unit 181 quantizes the sensitive signal Rvce (t) output from the power device 100 until the junction temperature is stabilized after a high-speed transition from the high output state to the low output state. The conversion unit 181 converts the sensitive signal Rvce (t) into the junction temperature Tj (t) according to the equation (12), and outputs the junction temperature signal Rtj (t). The temperature conversion coefficients α and β in the equation (12) are calibration coefficients called K factors and are experimental values.

図２１は、実験によって取得された接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）をプロットした図である。接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）の収斂時間は、パワーデバイス１００のパッケージ構造に依存し、１０^３秒程度の時間を要する場合がある。 FIG. 21 is a diagram in which the junction temperature signal Rtj (t) obtained by experiments is plotted. The convergence time of the junction temperature signal Rtj (t) depends on the package structure of the power device 100 and may take about 10 ³ seconds.

パワーデバイス１００がＩＧＢＴである場合、有感信号Ｒｖｃｅ（ｔ）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅである。電圧Ｖｃｅと接合部温度Ｔｊとが密接に関係しているため、予め取得した温度校正係数値α，β、および電位差Ｖｃｅの計測値から接合部温度Ｔｊを導くことができる。 When the power device 100 is an IGBT, the sensitive signal Rvce (t) is a collector-emitter voltage Vce. Since the voltage Vce and the junction temperature Tj are closely related, the junction temperature Tj can be derived from the temperature calibration coefficient values α and β acquired in advance and the measured value of the potential difference Vce.

伝達利得出力部１８３は、式（１３）に従って工学値変換係数κを算出し、工学値変換係数κを伝達利得Ｇｍｎとして出力する。式（１３）において、Ｐｃは入力電力（コレクタ損失）である。Ｒｔｊ（∞）は、高速遷移を経て出力変動が収束した時刻ｔ∞での出力温度である。 The transfer gain output unit 183 calculates the engineering value conversion coefficient κ according to the equation (13), and outputs the engineering value conversion coefficient κ as the transfer gain Gmn. In Expression (13), Pc is input power (collector loss). Rtj (∞) is the output temperature at time t∞ when the output fluctuation has converged through the high-speed transition.

インピーダンス関数生成部１８２は、接合部温度信号Ｒｔｊ（ｔ）を、式（１４）に従って最大値が１となるように規格化されたインピーダンス関数Ｒｎ（図２２参照）の時系列データを出力する。インピーダンス関数Ｒｎを規格化することにより、加熱手段能力あるいはパワーデバイスにより異なる電力容量−昇温特性に影響されることなく処理を行なうことができる。 The impedance function generation unit 182 outputs the time series data of the impedance function Rn (see FIG. 22) standardized so that the junction temperature signal Rtj (t) has a maximum value of 1 according to the equation (14). By normalizing the impedance function Rn, the processing can be performed without being influenced by the power capacity-temperature rise characteristic which varies depending on the heating means capability or the power device.

以上、実施の形態４に係るパワーサイクル装置によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、パワーデバイスの熱応答特性に応じたインピーダンス関数を自動的に取得することができる。 As described above, according to the power cycle device of the fourth embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained. Furthermore, an impedance function corresponding to the thermal response characteristic of the power device can be automatically acquired.

実施の形態５．
インピーダンス関数は、パワーデバイスの放熱構造上、パワーデバイス自体の放熱特性に加えて、パワーデバイスと架台との間に配置されたグリースあるいは放熱ゴム材などの熱伝導材（熱抵抗）の影響を受け、パワーサイクル数とともに増加する傾向がある。このため、パワーデバイス以外の熱抵抗の影響を回避する必要がある。 Embodiment 5. FIG.
In addition to the heat dissipation characteristics of the power device itself, the impedance function is affected by the heat conduction material (thermal resistance) such as grease or heat radiation rubber material placed between the power device and the base due to the heat dissipation structure of the power device. , Tend to increase with the number of power cycles. For this reason, it is necessary to avoid the influence of thermal resistance other than the power device.

実施の形態５においては、校正信号のパルス幅を適切な値とすることにより、伝達係数の誤差、およびインピーダンス関数の減衰時定数の増加を抑える構成について説明する。 In the fifth embodiment, a configuration will be described in which the error of the transfer coefficient and the increase of the decay time constant of the impedance function are suppressed by setting the pulse width of the calibration signal to an appropriate value.

図２３は、パルス信号である校正信号Ｓｃａｌのパルス幅がＴｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３（Ｔｗ１＜Ｔｗ２＜Ｔｗ３）である各場合の出力温度Ｔｊの時間特性を示す図である。図１および図２３を参照しながら、パワーデバイス１００の内部ではデバイスチップｓｉの発熱により熱拡散が進展する。図２３に示されるように、この熱拡散のプロセスに起因して、校正信号ＳｃａｌのＯＮパルス幅により出力時間Ｔｊの波形の最大値、あるいは最大値に至る時間が異なる。最大値に至るまでの経過時間は、パワーデバイス１００の内部の熱拡散距離に相当する。経過時間がパルス幅Ｔｗ１である場合、熱拡散は第１はんだ層ｍ１まで進む。経過時間がパルス幅Ｔｗ２である場合、熱拡散は第２はんだ層ｍ３まで進む。経過時間がパルス幅Ｔｗ３である場合、ベースプレートｍ４と架台ｆｒとの間の熱伝導材まで熱拡散が進む。図２３に示される各曲線は、各部位の熱伝導特性を反映している。 FIG. 23 is a diagram illustrating time characteristics of the output temperature Tj in each case where the pulse width of the calibration signal Scal which is a pulse signal is Tw1, Tw2, and Tw3 (Tw1 <Tw2 <Tw3). With reference to FIG. 1 and FIG. 23, thermal diffusion proceeds in the power device 100 due to heat generated by the device chip si. As shown in FIG. 23, due to this thermal diffusion process, the maximum value of the waveform of the output time Tj or the time to reach the maximum value differs depending on the ON pulse width of the calibration signal Scal. The elapsed time to reach the maximum value corresponds to the heat diffusion distance inside the power device 100. When the elapsed time is the pulse width Tw1, the thermal diffusion proceeds to the first solder layer m1. When the elapsed time is the pulse width Tw2, the thermal diffusion proceeds to the second solder layer m3. When the elapsed time is the pulse width Tw3, the thermal diffusion proceeds to the heat conductive material between the base plate m4 and the gantry fr. Each curve shown in FIG. 23 reflects the heat conduction characteristics of each part.

また、パワーデバイス１００に対する大電流を伴う高電力から低電流へ出力操作する場合、高出力から低出力に高速に状態遷移する。高出力状態の保持時間（校正信号Ｓｃａｌのパルス幅）によっては、パワーデバイス１００以外の熱伝導材の寄与分は、出力信号強度に含まれる。実施の形態５では、高出力状態の保持時間は、パワーデバイス１００以外の熱伝導材まで熱拡散が及ばないように保持時間が決められる。 Further, when an output operation is performed from a high power with a large current to a low current to the power device 100, the state transitions from a high output to a low output at high speed. Depending on the holding time of the high output state (pulse width of the calibration signal Scal), the contribution of the heat conducting material other than the power device 100 is included in the output signal intensity. In the fifth embodiment, the holding time in the high output state is determined so that thermal diffusion does not reach the heat conductive material other than the power device 100.

図２４は、実施の形態５に係るモデル生成部１９０の機能ブロック図である。モデル生成部１９０の構成は、図１９に示されるモデル生成部１８０の校正信号出力部１８４が校正信号出力部１９４に置き換えられた構成である。それ以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 24 is a functional block diagram of the model generation unit 190 according to the fifth embodiment. The configuration of the model generation unit 190 is a configuration in which the calibration signal output unit 184 of the model generation unit 180 shown in FIG. Since the other configuration is the same, the description will not be repeated.

校正信号出力部１９４は、時間管理部３００から時刻信号ｔｒｇおよびパルス幅Ｔｗを受けて、パルス幅Ｔｗのパルス信号として校正信号Ｓｃａｌを出力する。パルス幅Ｔｗは、図１のデバイスチップｓｉからベースプレートｍ４までの熱拡散距離に相当するパルス幅Ｔｗｍａｘ以下のパルス幅Ｔｗｏｐｔ（図２３参照）になるように設定される。 The calibration signal output unit 194 receives the time signal trg and the pulse width Tw from the time management unit 300, and outputs the calibration signal Scal as a pulse signal having the pulse width Tw. The pulse width Tw is set to be a pulse width Topt (see FIG. 23) equal to or less than the pulse width Twmax corresponding to the thermal diffusion distance from the device chip si to the base plate m4 in FIG.

以上、実施の形態５に係るパワーサイクル試験装置によれば、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。さらに、パワーデバイス以外の熱伝導材の放熱特性劣化に起因する伝達係数の誤差、およびインピーダンス関数の減衰時定数の増加を抑えることができる。 As described above, according to the power cycle test apparatus of the fifth embodiment, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, it is possible to suppress an error in the transfer coefficient and an increase in the attenuation time constant of the impedance function due to the deterioration of the heat radiation characteristics of the heat conducting material other than the power device.

実施の形態６．
パワーサイクル試験中、パワーデバイスと載置面間に施したグリース材等の熱伝導材の熱特性の劣化が進行する。パワーサイクル試験においては、このような熱伝導材の熱特性劣化の影響を抑制する必要がある。実施の形態６では、予測制御アルゴリズムにおける式（６）〜（８）における現時刻と予測時刻との予測時間差Δｈを適切な値とすることにより、熱伝導材の熱特性劣化の影響を抑制する構成について説明する。 Embodiment 6 FIG.
During the power cycle test, the thermal characteristics of the heat conducting material such as a grease material applied between the power device and the mounting surface deteriorate. In the power cycle test, it is necessary to suppress the influence of such deterioration of the thermal characteristics of the heat conductive material. In the sixth embodiment, the influence of the thermal characteristic deterioration of the heat conduction material is suppressed by setting the prediction time difference Δh between the current time and the prediction time in the equations (6) to (8) in the prediction control algorithm to an appropriate value. The configuration will be described.

図２５は、実施の形態６のパワーデバイス１００の放熱特性のパワーサイクル経過数による変化を示している。図２５に示されるように、パワーデバイス１００の熱拡散時間Ｔｐｋｇを越えて熱拡散が進んでいる。また、パワーサイクル数の増加（Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｋ）とともに、減衰時間の遅れが生じている。これは、パワーデバイス１００以外の熱特性に、パワーデバイス１００と架台ｆｒとの間に配置されたグリース材等の熱伝導材の熱特性が寄与しているためである。 FIG. 25 shows changes in the heat dissipation characteristics of the power device 100 according to the sixth embodiment depending on the number of elapsed power cycles. As shown in FIG. 25, the thermal diffusion proceeds beyond the thermal diffusion time Tpkg of the power device 100. Moreover, the delay of the decay time has arisen with the increase in the number of power cycles (N1, N2,..., Nk). This is because the thermal characteristics of a thermal conductive material such as a grease material disposed between the power device 100 and the gantry fr contribute to the thermal characteristics other than the power device 100.

そこで、実施の形態６においては、予測制御アルゴリズムに基づく現時刻と予測時刻との予測時間差Δｈを、デバイスチップｓｉからベースプレートｍ４の底面までの熱拡散時間を超えない値Δｈｏｐｔに設定する。このように差Δｈを設定することにより、熱拡散が及んだ領域の寄与が計測値に現れるので、熱伝導材に熱拡散が進む時間Δｈｏｐｔまでの取得値における当該熱伝導材の熱特性の寄与を抑制することができる。 Therefore, in Embodiment 6, the prediction time difference Δh between the current time and the prediction time based on the prediction control algorithm is set to a value Δhopt that does not exceed the thermal diffusion time from the device chip si to the bottom surface of the base plate m4. By setting the difference Δh in this way, the contribution of the region where the thermal diffusion has occurred appears in the measurement value, so the thermal characteristics of the thermal conductive material in the acquired value up to the time Δhopt when the thermal diffusion proceeds to the thermal conductive material. Contribution can be suppressed.

図２６は、実施の形態６に係る制御演算部６０の制御機能ブロック図である。図２６に示される制御演算部６０においては、図１８に示される制御演算部４０における予測時間差Δｈが予測時間差Δｈｏｐｔに置き換えられている。それ以外の構成は同様であるため説明を繰り返さない。レギュレータ１３に入力される設定信号Ｓは、Δｈｏｐｔを含むＳ（ｔ）ないしＳ（Δｈｏｐｔ）となる。 FIG. 26 is a control function block diagram of the control calculation unit 60 according to the sixth embodiment. In the control calculation unit 60 shown in FIG. 26, the predicted time difference Δh in the control calculation unit 40 shown in FIG. 18 is replaced with the predicted time difference Δhopt. Since the other configuration is the same, the description will not be repeated. The setting signal S input to the regulator 13 is S (t) to S (Δhopt) including Δhopt.

以上、実施の形態６に係るパワーサイクル試験装置によれば、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態６に係るパワーサイクル試験装置によれば、パワーデバイス以外の熱伝導在の熱特性の寄与を抑制することができるため、パワーサイクル試験による信頼性評価の精度をさらに向上させることができる。 As described above, according to the power cycle test apparatus of the sixth embodiment, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, according to the power cycle test apparatus according to the sixth embodiment, since the contribution of the thermal characteristics other than the power device can be suppressed, the accuracy of reliability evaluation by the power cycle test is further improved. Can do.

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Each embodiment disclosed this time is also planned to be implemented in appropriate combination within a consistent range. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１，３パワーサイクル試験装置、１０，２０，３０，４０，６０制御演算部、１１参照モデル計算部、１２プロセスモデル計算部、１３レギュレータ、１５係数変換部、１６，２６状態診断部、１００パワーデバイス、１８０，１９０モデル生成部、１８１変換部、１８２インピーダンス関数生成部、１８３伝達利得出力部、１８４，１９４校正信号出力部、２００電力駆動部、３００時間管理部、４００温度調整部、Ｃ１〜Ｃ６熱容量、Ｒ１〜Ｒ７熱抵抗、ｆｒ架台、ｍ１第１はんだ層、ｍ２セラミック層、ｍ３第２はんだ層、ｍ４ベースプレート、ｓｉデバイスチップ、ｗｂワイヤボンド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 Power cycle test apparatus 10, 20, 30, 40, 60 Control calculating part, 11 Reference model calculation part, 12 Process model calculation part, 13 Regulator, 15 Coefficient conversion part, 16, 26 State diagnostic part, 100 power Device, 180, 190 model generation unit, 181 conversion unit, 182 impedance function generation unit, 183 transfer gain output unit, 184, 194 calibration signal output unit, 200 power drive unit, 300 time management unit, 400 temperature adjustment unit, C1 C6 heat capacity, R1 to R7 thermal resistance, fr mount, m1 first solder layer, m2 ceramic layer, m3 second solder layer, m4 base plate, si device chip, wb wire bond.

Claims

A power cycle test apparatus for performing a power cycle test on a power device,
A power drive unit;
A control operation unit that outputs an operation signal to the power drive unit,
The power drive unit is controlled by the operation signal to supply operation power to the power device so that the temperature of the power device changes according to a preset temperature profile.
The control calculation unit is
A regulator for calculating an operation temperature for determining the operation signal;
In a predetermined model, using the operating temperature and an impedance function of the power device, a reference model calculation unit that calculates a model temperature that is a predicted value of the temperature;
Using the operating power applied to the power device and an impedance function of the power device, a process model calculation unit for calculating a process temperature that is an estimate of the temperature,
The regulator uses the set temperature and the process temperature to calculate, as the operation temperature, a value obtained by correcting the model temperature so that the process temperature follows the set temperature.

The impedance function of the power device referred to by the reference model calculation unit is not updated while the power cycle test is performed,
The impedance function of the power device referred to by the process model calculation unit is updated according to the thermal response characteristics of the power device with the progress of the power cycle test,
The power cycle test apparatus according to claim 1, further comprising a state diagnosis unit that outputs a comparison result between the process temperature and the model temperature.

From the impedance function of the power device, the component of the largest time constant is removed,
The power cycle test apparatus according to claim 1, further comprising a temperature adjustment unit that absorbs heat from the power device.

The control calculation unit further includes a model generation unit that generates the impedance function,
The model generation unit outputs a calibration signal for transitioning the state of the power device from a high output state to a low output state to the power driving unit,
The power driver outputs calibration power to the power device according to the calibration signal,
The model generation unit receives a sensitive signal about the temperature of the power device, generates an impedance function of the power device, and outputs the impedance function to the reference model calculation unit and the process model calculation unit. The power cycle test apparatus according to any one of the above.

The power cycle test apparatus according to claim 4, wherein a pulse width of the calibration signal does not exceed a maximum value of a thermal diffusion time of the power device derived from a structure of the power device.

The regulator calculates the operation temperature so that the amount of change in the model temperature and the amount of change in the process temperature are equal from the current sampling time to the sampling time after the estimated time difference has elapsed,
The power cycle test apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the predicted time difference does not exceed a maximum value of a thermal diffusion time of the power device derived from a structure of the power device.

A power cycle test method performed in a power cycle test apparatus of a power device,
The power cycle test apparatus is:
A power drive unit;
A control operation unit that outputs an operation signal to the power drive unit,
The power drive unit is controlled by the operation signal to supply operation power to the power device so that the temperature of the power device changes according to a preset temperature profile.
The power cycle test method is:
Calculating an operating temperature for determining the operating signal;
In a predetermined model, using the operating temperature and an impedance function of the power device, calculating a model temperature that is a predicted value of the temperature;
Using the operating power applied to the power device and the impedance function of the power device to calculate a process temperature that is an estimate of the temperature;
A power cycle test method, comprising: using the set temperature and the process temperature to calculate a value obtained by correcting the model temperature so that the process temperature follows the set temperature as the operation temperature.