JP5731448B2

JP5731448B2 - パワーサイクル試験装置

Info

Publication number: JP5731448B2
Application number: JP2012159274A
Authority: JP
Inventors: 勝政須山
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: US20140021974A1; KR101546129B1; KR20140011470A; US9435850B2; JP2014020893A

Description

本発明は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ等のパワー半導体素子に対してパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置に関するものである。

パワー半導体素子の寿命には、パワー半導体素子自体の発熱に起因した熱疲労現象による寿命と、パワー半導体素子の外部環境の温度変化に起因した熱疲労現象による寿命とがある。前者の熱疲労現象による寿命予測を目的として、パワー半導体素子内部の接合部に熱ストレスを短い周期（パワーサイクル）で繰り返し与えるパワーサイクル試験が行われ、後者の熱疲労現象による寿命予測を目的として、前記周期よりも長い周期（サーマルサイクル）で環境温度を変化させるサーマルサイクル試験が行われる。

前記パワーサイクル試験におけるパワーサイクルに関して、ＪＥＤＥＣ規格（非特許文献１参照）では、図８に示すように、サーマルサイクルに対しての同期性を要請していない。図８は、ＪＥＤＥＣ規格による、パワーサイクル試験に用いる電源のパワーサイクルと、サーマルサイクル試験における温度ストレスのサーマルサイクルとを示す図である。ここで、同期性とは、パワーサイクルをサーマルサイクルの位相に合わせて実行することである。

ＪＥＤＥＣＳＴＡＮＤＡＲＤ，ＰｏｗｅｒａｎｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｙｃｌｉｎｇ，ＪＥＳＤ２２Ａ１０５Ｃ

ＪＥＤＥＣ規格では、上記したように、パワーサイクルとサーマルサイクルとの間に同期性を要請していないため、従来、パワーサイクル試験実行のための電源とサーマルサイクル試験実行のための恒温槽とを別々に制御しているシステムを使用し、パワーサイクルとサーマルサイクルとを同期させずに試験を行っていた。

しかしながら、パワー半導体素子が実際に使用される環境では、パワー半導体素子は、それ自体の発熱に起因して熱疲労し、同時に、外部環境の温度変化に起因して熱疲労するので、パワーサイクル試験を、サーマルサイクル試験と同期させずに行うのでは、パワー半導体素子の実際の使用環境での寿命予測を正確に行うことは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、パワーサイクル試験をサーマルサイクル試験の実行に合わせて実行可能として、当該試験により、実際の環境下での故障モードに近いストレスを効率よく再現でき、高い信頼性でパワー半導体素子の評価を行うことができるパワーサイクル試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、試験用パワー半導体素子にストレス電流を所定のＯＮ／ＯＦＦ周期で印加して熱ストレスを付与することで、当該試験用パワー半導体素子のパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、前記試験用パワー半導体素子に電流を印加する電流源と、前記試験用パワー半導体素子の外部環境温度を変える装置と、前記パワーサイクル試験装置を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記外部環境温度を変える装置を用いて前記ＯＮ／ＯＦＦ周期よりも長い温度上昇下降周期でサーマルサイクル試験を実行し、前記サーマルサイクル試験を実行しながら、当該サーマルサイクル試験の実行位相に合わせて、前記パワーサイクル試験を実行する。

好ましくは、前記パワーサイクル試験は、前記試験用パワー半導体素子に前記パワーサイクル試験のＯＮ／ＯＦＦ周期内でストレス電流を印加する時間と、その印加を停止する時間とを固定したパワーサイクル試験である。

好ましくは、前記パワーサイクル試験は、前記パワーサイクル試験のＯＮ／ＯＦＦ周期内で前記試験用パワー半導体素子の接合部に付与すべき上限と下限との温度の差によって設定された温度上限値を設定値とし、前記接合部温度が前記設定値に到達するまで、前記ストレス電流を印加するパワーサイクル試験である。

好ましくは、前記制御部は、パワーサイクルを主条件としサーマルサイクルを副条件とする試験を実行させる制御と、サーマルサイクルを主条件としパワーサイクルを副条件とする試験を実行させる制御とを行う。

好ましくは、前記制御部は、前記パワーサイクル試験中に、前記試験用パワー半導体素子の内部蓄熱により、前記サーマルサイクル試験で定めた前記試験用パワー半導体素子の温度下降時間よりも当該試験用パワー半導体素子の温度下降に長く時間がかかるときは、前記サーマルサイクル試験の温度降下時間を延長する。

好ましくは、前記制御部は、前記サーマルサイクル試験において、前記外部環境温度を変える装置の能力により、前記サーマルサイクル内で前記試験用パワー半導体素子の温度が目標とする加熱温度に到達しないときは、その加熱温度に到達するまで、サーマルサイクルの進行を停止させる。

本発明によれば、サーマルサイクル試験の実行の位相に合わせてパワーサイクル試験を実行するので、パワー半導体素子に対して実際の使用環境での信頼性を評価することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置の構成図である。図２は、パワーサイクル試験が行われる被試験物の一例であるＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴと、制御用ＩＧＢＴと、定電流源の回路結線の一例を示す図である。図３は、図２の回路結線図であって、Ｕ相のハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴにストレス電流が印加されている状態を示す図である。図４（ａ）（ｂ）は、パワーサイクル試験において、横軸に時間を共通にとり、（ａ）縦軸にＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴの接合部温度を示す図、（ｂ）は、ＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示す図である。図５は、図２と同様の回路結線図であって、Ｕ相のハイサイド試験用ＩＧＢＴに定電流源からの測定用電流が印加されている状態、及び、Ｕ相のハイサイド試験用ＩＧＢＴとローサイド制御用ＩＧＢＴにストレス電流が印加されている状態を示す図である。図６は、横軸に時間、縦軸に加熱温度をとるサーマルサイクル試験の実行状態を示す図である。図７は、パワーサイクル試験とサーマルサイクル試験とを同期させて実行したときの、パワー半導体素子の自己発熱による内部温度の変化と、パワー半導体素子の外部温度の変化とを重畳（スーパーインポーズ）した状態を示す図である。図８は、ＪＥＤＥＣ規格による、パワーサイクル試験に用いる電源のパワーサイクルと、サーマルサイクル試験における温度ストレスのサーマルサイクルとを示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置を説明する。実施形態では、パワー半導体素子のうち、ＩＧＢＴを例にとって説明するが、本発明は、ＩＧＢＴに限定されるものではなく、ＭＯＳＦＥＴや、パワートランジスタ等の各種のパワー半導体素子に適用することができる。

図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置の構成を説明する。実施形態のパワーサイクル試験装置１は、チラー２と、試験ユニット３と、制御ラック４とを有する。

チラー２は、水温管理部５と循環水パイプ６とを具備し、水温管理部５により循環水パイプ６内の水を例えば水温マイナス１０℃からプラス１００℃までの範囲で制御して試験ユニット３の加熱冷却プレート９に供給する。

試験ユニット３は、パワーサイクル試験のため、試験用パワーデバイス１０内の各試験用ＩＧＢＴにストレス電流を印加するストレス電流源７と、各試験用ＩＧＢＴへのストレス電流の印加・遮断を制御する制御用パワーデバイス８と、サーマルサイクル試験のため、試験用パワーデバイス１０内の各試験用ＩＧＢＴを加熱・冷却するための加熱冷却プレート９とを有する。加熱冷却プレート９上に図２の回路結線で構成される試験用パワーデバイス１０が搭載される。

試験用パワーデバイス１０は図２で示すＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１〜２６により構成され、パワーサイクル試験に際してはストレス電流源７からストレス電流が印加され、サーマルサイクル試験に際しては加熱冷却プレート９で加熱・冷却される。

加熱冷却プレート９は、試験用パワーデバイス１０の外部環境温度を変える手段として用いる。

制御ラック４は、後述する各種の制御ないし動作のプログラムを実行して実施形態のパワーサイクル試験装置を統括制御する装置制御用パソコン１１と、装置制御用パソコン１１の制御指令に応答して試験用ＩＧＢＴ２１−２６と制御用ＩＧＢＴ３１−３６（図２参照）のＯＮ／ＯＦＦのゲート電圧の印加タイミングを決めるゲートタイミング部１２と、装置制御用パソコン１１の測定指令に応答してＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６のコレクタ−エミッタ電圧を測定する電圧測定部１３とを有する。なお、装置制御用パソコン１１は、本発明における制御部に相当する。

装置制御用パソコン１１は、ゲートタイミング部１２を制御して試験用パワーデバイス１０内のＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６と制御デバイス８内の制御用ＩＧＢＴ３１−３６のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御し、また、電圧測定部１３を制御して試験用ＩＧＢＴ２１−２６のコレクターエミッタ電圧を測定する。

装置制御用パソコン１１は、チラー２の水温管理部５を制御して循環水パイプ６内の水温を制御して加熱冷却プレート９内に水温が制御された水を供給制御する。

図２に記載のＩＧＢＴ２１−２６は、コレクターエミッタが互いに直列に接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴである。これら試験用ＩＧＢＴ２１−２６は、それを構成する内部の放熱板上に接合されて試験用パワーデバイス１０の形態で、その全体が加熱冷却プレート９上に搭載された例えば３相インバータ等の試験用パワーデバイス１０を構成する。

試験用パワーデバイス１０は、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴ２１，２２を有するＵ相試験用パワーデバイス部１０ａ、ハイサイドとローサイド試験用ＩＧＢＴ２３，２４を有するＶ相試験用パワーデバイス部１０ｂ、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴ２５，２６を有するＷ相試験用パワーデバイス部１０ｃからなる。

なお、説明の都合で試験用パワーデバイス１０は、図２ではＵ相試験用パワーデバイス部１０ａとＶ相試験用パワーデバイス部１０ｂとＷ相試験用パワーデバイス部１０ｃに分けられている。

Ｕ相試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１，２２それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３１，３２のコレクタ−エミッタが並列に接続され、Ｖ相試験用パワーデバイス部１０ｂの試験用ＩＧＢＴ２３，２４それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３３，３４のコレクタ−エミッタが並列に接続され、Ｗ相試験用パワーデバイス部１０ｃの試験用ＩＧＢＴ２５，２６それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３５，３６のコレクタ−エミッタが並列に接続されている。

同様に、Ｕ相試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１，２２それぞれのコレクターエミッタ間に定電流源４１，４２が並列に接続され、Ｖ相試験用パワーデバイス部１０ｂの試験用ＩＧＢＴ２３，２４それぞれのコレクターエミッタ間に定電流源４３，４４が並列に接続され、Ｗ相試験用パワーデバイス部１０ｃの試験用ＩＧＢＴ２５，２６それぞれのコレクターエミッタに定電流源４５，４６が並列に接続されている。

制御用ＩＧＢＴ３１−３６と定電流源４１−４６は、制御用パワーデバイス８を構成し、制御用ＩＧＢＴ３１，３２と定電流源４１，４２はＵ相制御用パワーデバイス部８ａ、制御用ＩＧＢＴ３３，３４と定電流源４３，４４はＶ相制御用パワーデバイス部８ｂ、制御用ＩＧＢＴ３５，３６と定電流源４５，４６はＷ相制御用パワーデバイス部８ｃを構成する。

定電流源４１−４６は、パワーサイクル試験で例えば１ｍＡ程度の定電流をそれぞれ、試験用ＩＧＢＴ２１−２６に供給するものであり、試験用ＩＧＢＴ２１−２６はこの定電流で駆動されても、発熱は無視できるので、サーマルサイクル試験で加熱冷却プレート９の加熱冷却で温度変化させる試験に影響しない。

以下、図３−図７に基づいてパワーサイクル試験装置１によるパワーサイクル試験とサーマルサイクル試験との重畳試験（以下、スーパーインポーズ試験という）を説明する。なお、説明では、（１）でパワーサイクル試験、（２）でサーマルサイクル試験を説明した後、（３）でスーパーインポーズ試験を説明する。

まず試験の実行前に、試験用パワーデバイス１０内の各ＩＧＢＴ２１−２６の特性を測定する。まず、各ＩＧＢＴ２１−２６にストレス電流を印加せずに、チラー２の水温管理部５を制御して、加熱冷却プレート９の温度を変化させて、試験用ＩＧＢＴ２１−２６の温度特性を計測する。また、各ＩＧＢＴ２１−２６にストレス電流を印加し、その印加直後の温度計測を行って、温度過渡応答計測を行い、パワーサイクル試験の試験条件の妥当性を判定する。

こうして温度過渡応答計測で検証したストレス電流値とストレス電流のＯＮ／ＯＦＦ周期を設定する。

（１）パワーサイクル試験
パワーサイクル試験に際しては、図３に示すように、Ｕ相試験用パワーデバイス部１０ａのハイサイドとローサイドの各試験用ＩＧＢＴ２１，２２の直列に接続されたコレクタ−エミッタ間に、前記検証したストレス電流Ｉ１を印加する。このストレス電流Ｉ１のＯＮ／ＯＦＦ周期は、図４（ｂ）に示すＯＮ／ＯＦＦタイミング（ハイレベルでＯＮ、ローレベルでＯＦＦ）で、ゲート電圧Ｖｇを試験用ＩＧＢＴ２１，２２のゲートに印加することで設定することができる。

このストレス電流Ｉ１は、図示しないが、順次、Ｖ相、Ｗ相の試験用パワーデバイス部１０ｂ，１０ｃそれぞれのＩＧＢＴ２３−２６のコレクタ−エミッタにも印加する。

このストレス電流Ｉ１の印加によるパワーサイクル試験では、図４（ａ）で示すように、試験用ＩＧＢＴ２１−２６の接合部温度Ｔｊが、Ｔｊ１とＴｊ２との間で、上昇、下降する。

その接合部温度Ｔｊの上昇、下降の温度差はΔＴｊである。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を含む１パワーサイクル期間は、図４（ａ）に示す。

このパワーサイクル試験が終了し、試験用ＩＧＢＴ２１−２６が冷却されてから、Ｕ相の試験用ＩＧＢＴ２１をＯＮして、図５において矢印Ｉ２で示すように、試験用ＩＧＢＴ２１に定電流源４１から第１測定用電流Ｉ２を印加する。

そのときの試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。

他のＶ相、Ｗ相の試験用ＩＧＢＴ２２−２６にも同様に第１測定用電流Ｉ２を印加して、それぞれの試験用ＩＧＢＴ２２−２６のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。

この測定したコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅは、試験用ＩＧＢＴ２１−２６の接合部の温度が低温時の接合部温度Ｔｊ１に対応する。

次いで、図５において矢印Ｉ３で示すように、Ｕ相の試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１と、制御用パワーデバイス部８ａの制御用ＩＧＢＴ３２とを共にＯＮにして、試験用ＩＧＢＴ２１のコレクタ−エミッタに第２測定用電流Ｉ３を印加して接合部温度Ｔｊを一定の高温Ｔｊ２に上昇させる。

そして、第２測定用電流Ｉ３の印加を停止した直後で、接合部温度Ｔｊが前記高温Ｔｊ２に維持されている間に、試験用ＩＧＢＴ２１に対する印加電流を、定電流源４１による第１測定用電流Ｉ２に切り替え、そのときの試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。他の試験用ＩＧＢＴ２２−２６も同様である。

こうして、ＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６に対するパワーサイクル試験が実行される。

（２）サーマルサイクル試験
サーマルサイクル試験に際しては、装置制御用パソコン１１により、チラー２の水温管理部５を制御して循環水パイプ６内の水温を制御して加熱冷却プレート９内に水温が制御された水を供給制御する。

この水温は、試験用ＩＧＢＴ２１−２６を有する試験用パワーデバイス１０が使用される環境の温度に対応したものであり、図６で示す温度上昇下降周期で変化する。

試験用パワーデバイス１０は、加熱冷却プレート９上に搭載される。加熱冷却プレート９は、図６で示す外部環境の温度変化を模擬した温度上昇下降周期で温度変化する。この温度変化に対応して、試験用パワーデバイス１０は加熱冷却プレート９により加熱冷却される。

図６で示すサーマルサイクル試験の周期は、図４で示すパワーサイクル試験の周期（図４のＯＮ／ＯＦＦ周期）よりも長い。例えば、パワーサイクル試験の周期は、数分程度であるのに対して、サーマルサイクル試験の周期は、それより数倍から１０数倍以上に長い周期である。

サイクル試験の周期の設定は、任意であり、パワーサイクルよりもサーマルサイクルの方が長く設定される。

サーマルサイクル試験では、試験用パワーデバイス１０内の試験用ＩＧＢＴ２１−２６のコレクタ−エミッタにはストレス電流Ｉ１は印加されず、したがって、試験用ＩＧＢＴ２１−２６は自己発熱しない。

（３）スーパーインポーズ試験
本明細書で、スーパーインポーズ試験とは、前記（１）のパワーサイクル試験を前記（２）のサーマルサイクル試験に同期させて実行することをいう。

装置制御用パソコン１１は、前記スーパーインポーズ試験の実行に際しては、前記（２）のサーマルサイクル試験の実行位相に合わせて、前記（１）のパワーサイクル試験を実行する。

以下、図７を参照して、詳細に説明する。図７は、パワーサイクル試験とサーマルサイクル試験とを同期させて実行したときの、試験用パワーデバイス１０内の試験用ＩＧＢＴ２１−２６の自己発熱による内部温度の変化（図４（ａ））と、試験用パワーデバイス１０の外部温度の変化（図６）とを重畳（スーパーインポーズ）した状態を示す図である。図７の横軸は、時間であり、縦軸は、試験温度を示す。

装置制御用パソコン１１は、スーパーインポーズ試験の実行のときは、所定のサーマルサイクル試験の周期に従い、加熱冷却プレート９の温度を図７の温度変化パターンＧ１で変化させる。この温度変化パターンＧ１は、サイン波形である。

そして、前記サーマルサイクル試験の周期の正の半周期中で、前記パワーサイクル試験で試験用パワーデバイス１０内の各試験用ＩＧＢＴ２１−２６に前記正の半周期より短い期間（図中、パワーサイクル試験のＯＮ期間）でストレス電流Ｉ１を図４に示すパワーサイクル試験の周期（ＯＮ／ＯＦＦ周期）で印加する。

温度変化パターンＧ１にＵＶＷ各相の試験用パワーデバイス部１０ａ−１０ｃそれぞれの温度変化を図７の温度変化パターンＧ２で示す。パワーサイクル試験の温度変化パターンＧ２は、サーマルサイクル試験の温度変化パターンＧ１に重畳している。

また、図７の一部を引き出して円内に拡大して図４の１パワーサイクルにおけるＵＶＷ各相の試験用パワーデバイス部１０ａ−１０ｃそれぞれの温度変化の波形を示す。

これにより、パワーサイクル試験を温度変化パターンＧ１に従って実行することにより、当該パワーサイクル試験をサーマルサイクル試験の実行位相に同期して行うことができる。

これにより、試験用ＩＧＢＴ２１−２６に対して、それらが使用される実際の使用環境に合わせた、試験を実行することができる。

ここで、「実行位相に同期して行う」とは、例えば、前記サーマルサイクル試験の周期が図６に示すサイン波形で実行される場合、そのサイン波形のうちの例えば正の半周期中に前記パワーサイクル試験を実行するときに、当該パワーサイクル試験を前記サーマルサイクル試験の実行位相に合わせて実行することをいう。

また、「実行位相に同期して行う」とは、例えば前記サーマルサイクル試験の周期がＯＮ／ＯＦＦデューティ５０％のステップ応答波形で実行される場合において、そのＯＮ期間の５０％の間に前記パワーサイクル試験を実行するときに、当該パワーサイクル試験を前記サーマルサイクル試験の実行位相に合わせて実行することを言う。

なお、実施形態での実行位相は、図７に示す実行位相に限定されるものではなく、任意に決定することができる。

なお、実施形態のパワーサイクル試験は、試験用ＩＧＢＴ２１−２６にパワーサイクル内でストレス電流Ｉ１を印加する時間と、その印加を停止する時間とを固定したパワーサイクル試験であるが、これに限定されず、例えば、パワーサイクル内で試験用ＩＧＢＴ２１−２６の接合部に付与すべき上限と下限の温度の差によって設定された温度上昇値を設定値とし、前記接合部温度が前記設定値に到達するまで、ストレス電流Ｉ１を印加するパワーサイクル試験であってもよい。

また、装置制御用パソコン１１は、パワーサイクル試験を、サーマルサイクル試験よりも優先して実行させたり、サーマルサイクル試験をパワーサイクル試験よりも優先して実行させたりしてもよい。

ここで、優先とは、例えば、試験用ＩＧＢＴ２１−２６自身の発熱に起因するストレス付与を試験目的、すなわち、パワーサイクル試験を試験目的とした場合、パワーサイクルを主条件、サーマルサイクルを副条件とすることである。

例えば、パワーサイクルによる試験用ＩＧＢＴ２１−２６内部の蓄熱により、サーマルサイクルが実行すべき温度下降時間が守れなくてもよい場合は、パワーサイクルを優先し、設定温度に冷却されるまで温度下降時間を延ばすということになる。

逆に、試験用ＩＧＢＴ２１−２６の外部環境に起因するストレス付与を試験目的、すなわち、サーマルサイクル試験を試験目的とした場合、サーマルサイクルを主条件、パワーサイクルを副条件とすることである。例えば、試験用ＩＧＢＴ２１−２６の接合部温度Ｔｊの状況如何にかかわらず、外部環境温度を変えて、パワーサイクル試験を実施できる。

また、パワーサイクル試験中に、試験用パワーデバイス１０の内部蓄熱により、サーマルサイクル試験で定めた試験用パワーデバイス１０の温度下降時間よりも試験用パワーデバイス１０の温度下降に長く時間がかかるときは、サーマルサイクル試験をパワーサイクル試験よりも優先してよい。

また、サーマルサイクル試験において、加熱冷却プレート９の能力により、サーマルサイクル試験の周期内で試験用パワーデバイス１０の温度が目標とする加熱温度に到達しないときは、その加熱温度に到達するまで加熱を継続し、サーマルサイクルの進行を停止させて冷却開始を遅らせてもよい。

上記実施形態では被試験物の一例としてＵＶＷ３相を有する６素子のＩＧＢＴ（６ｉｎ１）を用いたが、１素子（２ｉｎ１）のＩＧＢＴなど、他の構成のＩＧＢＴにも使用できる。

上記実施形態では加熱冷却プレート９を使用したが、加熱プレートと冷却プレートを別体としたり、加熱冷却プレート以外の熱源・冷熱源を用いて加熱・冷却するものであってもよい。

以上説明したように、本実施形態では、サーマルサイクル試験を実行しながら、当該サーマルサイクル試験の実行位相に合わせて、前記パワーサイクル試験も実行するので、試験用パワーデバイス１０に対して実際の使用環境における故障モードに近いストレスを効率よく再現でき、高い信頼性で試験用ＩＧＢＴ２１−２６を評価することができる。

１パワーサイクル試験装置
２チラー
５水温管理部
６循環水パイプ
３試験ユニット
７ストレス電流源
８制御用パワーデバイス
９加熱冷却プレート
１０試験用パワーデバイス
４制御ラック
１１装置制御用パソコン
１２ゲートタイミング部
１３電圧測定部
２１−２６試験用ＩＧＢＴ
３１−３６制御用ＩＧＢＴ
４１−４６定電流源

Claims

試験用パワー半導体素子にストレス電流を所定のＯＮ／ＯＦＦ周期で印加して熱ストレスを付与することで、当該試験用パワー半導体素子のパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、
前記試験用パワー半導体素子に電流を印加する電流源と、
前記試験用パワー半導体素子の外部環境温度を変える装置と、
前記パワーサイクル試験装置を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記外部環境温度を変える装置を用いて前記ＯＮ／ＯＦＦ周期よりも長い温度上昇下降周期でサーマルサイクル試験を実行し、
前記サーマルサイクル試験を実行しながら、当該サーマルサイクル試験の実行位相に合わせて、前記パワーサイクル試験を実行する、パワーサイクル試験装置。
前記パワーサイクル試験は、前記試験用パワー半導体素子に前記パワーサイクル試験のＯＮ／ＯＦＦ周期内でストレス電流を印加する時間と、その印加を停止する時間とを固定したパワーサイクル試験である、請求項１に記載のパワーサイクル試験装置。
前記パワーサイクル試験は、前記パワーサイクル試験のＯＮ／ＯＦＦ周期内で前記試験用パワー半導体素子の接合部に付与すべき上限と下限との温度の差によって設定された温度上限値を設定値とし、前記接合部温度が前記設定値に到達するまで、前記ストレス電流を印加するパワーサイクル試験である、請求項１に記載のパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
パワーサイクルを主条件としサーマルサイクルを副条件とする試験を実行させる制御と、サーマルサイクルを主条件としパワーサイクルを副条件とする試験を実行させる制御とを行う、請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
前記パワーサイクル試験中に、前記試験用パワー半導体素子の内部蓄熱により、前記サーマルサイクル試験で定めた前記試験用パワー半導体素子の温度下降時間よりも当該試験用パワー半導体素子の温度下降に長く時間がかかるときは、前記サーマルサイクル試験の温度降下時間を延長する、請求項１ないし４のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
前記サーマルサイクル試験において、前記外部環境温度を変える装置の能力により、前記サーマルサイクル内で前記試験用パワー半導体素子の温度が目標とする加熱温度に到達しないときは、その加熱温度に到達するまで、サーマルサイクルの進行を停止させる、請求項１ないし５のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。