KR20160008461A

KR20160008461A - 정보 출력 장치

Info

Publication number: KR20160008461A
Application number: KR1020150095809A
Authority: KR
Inventors: 유키오 오니시; 다카토 사토; 야스시 시노지마; 마사루 시모노
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-01-22
Also published as: JP2016020838A; US9823292B2; JP6015718B2; CN105277867B; US20160011133A1; DE102015110848A1; CN105277867A

Abstract

본 발명의 과제는, 스위칭 소자에 접합하는 땜납의 열화 상태를 고정밀도로 나타내는 정보를 출력할 수 있는 정보 출력 장치를 제공하는 것이다.
정보 출력 장치는, 냉매에 의해 냉각되는 기판 상에 땜납을 통해 접합하는 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자와 직렬로 접속되고, 제2 스위칭 소자와, 평활 콘덴서와, 제1 스위칭 소자의 온도를 측정하는 측정 수단과, 평활 콘덴서의 양단부의 전위차가 소정값 이상인 상태에서 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 동시에 온 시키는 펄스를 2개 이상 연속하여 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자에 인가하는 인가부와, 처리 장치에 의해 실현되고, 2개 이상의 펄스의 인가 전후의 제1 스위칭 소자의 온도 변화가 소정 온도 이상으로 되도록 펄스의 펄스폭을 조정하는 조정부와, 펄스폭이 조정된 2개 이상의 펄스의 인가시에 있어서의 측정 수단에 의한 측정값의 변화 형태에 기초하여, 땜납의 열화 상태를 나타내는 정보를 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

정보 출력 장치 {INFORMATION OUTPUT APPARATUS}

본 개시는, 정보 출력 장치에 관한 것이다.

10μ초 정도의 수명 계측 펄스를 상하의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 1회만 인가하여 단락 전류를 발생시켜, 땜납 접합부의 열화를 검출하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2009-19953호 공보

그러나, 실제로는 10μs 정도의 수명 계측 펄스를 1회만 인가하여 발생시키는 단락 전류에서는, IGBT의 발열량이 불충분하여, 땜납 접합부의 열화를 고정밀도로 검출할 수 없는 것을 알 수 있었다.

본 개시는, 스위칭 소자에 접합하는 땜납의 열화 상태를 고정밀도로 나타내는 정보를 출력할 수 있는 정보 출력 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 개시의 일 국면에 의하면, 전력 변환 장치의 한쪽 아암을 형성하고, 냉매에 의해 냉각되는 기판 상에 땜납을 통해 접합하는 제1 스위칭 소자와,

상기 제1 스위칭 소자와 직렬로 접속되고, 상기 전력 변환 장치의 다른 쪽 아암을 형성하는 제2 스위칭 소자와,

상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 대해 병렬로 설치되는 평활 콘덴서와,

상기 제1 스위칭 소자의 온도를 측정하는 측정 수단과,

처리 장치에 의해 실현되고, 상기 평활 콘덴서의 양단부의 전위차가 소정값 이상인 상태에서 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 동시에 온 시키는 펄스를 2개 이상 연속하여 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 인가하는 인가부와,

상기 처리 장치에 의해 실현되고, 상기 2개 이상의 펄스의 인가 전후의 상기 제1 스위칭 소자의 온도 변화가 소정 온도 이상으로 되도록 상기 펄스의 펄스폭을 조정하는 조정부와,

상기 처리 장치에 의해 실현되고, 상기 펄스폭이 조정된 상기 2개 이상의 펄스의 인가시에 있어서의 상기 측정 수단에 의한 측정값의 변화 형태에 기초하여, 상기 땜납의 열화 상태를 나타내는 정보를 출력하는 출력부를 포함하는, 정보 출력 장치가 제공된다.

본 개시에 의하면, 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 동시에 온 시키는 펄스가, 2개 이상 연속하여 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자에 인가된다. 인가되는 펄스의 펄스폭은, 인가 전후의 제1 스위칭 소자의 온도 변화가 소정 온도 이상으로 되도록 조정된다. 이에 의해, 펄스폭이 조정된 2개 이상의 펄스의 인가시에 있어서의 측정 수단에 의한 측정값의 변화 형태에 기초하여, 스위칭 소자에 접합하는 땜납의 열화 상태를 고정밀도로 나타내는 정보를 출력할 수 있다.

도 1은 정보 출력 장치(1)의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 제1 스위칭 소자(10)의 실장 상태의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 처리 장치(100)에 의해 실행되는 땜납 열화 상태 판정 처리의 일례를 나타내는 흐름도.
도 4는 제1 스위칭 소자(10)를 포함하는 전기 회로의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 발열·방열 곡선의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 손실이 비교적 작은 경우에 있어서의 땜납 열화 상태에 따른 발열·방열 곡선의 예를 나타내는 도면.
도 7은 손실이 비교적 큰 경우에 있어서의 땜납 열화 상태에 따른 발열·방열 곡선의 예를 나타내는 도면.
도 8은 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때의 단락 전류의 변화 형태의 예를 나타내는 도면.
도 9는 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때의 땜납(50) 등의 온도 변화 형태의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 도 9에 나타내는 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 형태에 대한 땜납(50)의 기여율의 변화 형태를 나타내는 도면.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 각 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은, 정보 출력 장치(1)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2는, 제1 스위칭 소자(10)의 실장 상태의 일례를 나타내는 도면이다.

정보 출력 장치(1)는, 제1 스위칭 소자(10)와, 제2 스위칭 소자(12)와, 평활 콘덴서(20)와, 온도 센서(40)와, 처리 장치(100)를 포함한다.

제1 스위칭 소자(10)는, 본 예에서는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이다. 제1 스위칭 소자(10)는, IGBT 대신에, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)와 같은 다른 스위칭 소자여도 된다. 제1 스위칭 소자(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, FWD(Free Wheeling Diode)가 병설되어도 된다. 제1 스위칭 소자(10)는, 이미터 전극이 부극 라인(32)에 접속되고, 콜렉터 전극이 제2 스위칭 소자(12)를 통해 정극 라인(30)에 접속된다.

제1 스위칭 소자(10)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 땜납(50)을 통해 기판(60) 상에 실장된다. 기판(60)은, 히트 싱크(70) 상에 접합된다. 히트 싱크(70)는, 하면측[기판(60)과는 반대측]이 냉매와 접한다. 히트 싱크(70)의 하면에는, 핀(70a)이 형성되어도 된다. 또한, 기판(60)의 구성은 임의이지만, 도 2에 나타내는 예에서는, 기판(60)은 질화알루미늄 등과 같은 세라믹 기판(64)의 양면에 알루미늄판(62, 66)을 구비한 기판이다. 그 밖에, 기판(60)은 세라믹 기판의 양면에 구리판을 구비한 구성이어도 되고, 구리판(히트 스프레더) 뿐이어도 된다. 기판(60)이 구리판뿐인 경우는, 기판(60)은 절연 필름 등과 같은 절연층을 통해 히트 싱크(70)에 접합된다.

제2 스위칭 소자(12)는, 본 예에서는 IGBT이지만, 다른 스위칭 소자여도 된다. 제2 스위칭 소자(12)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, FWD가 병설되어도 된다. 제2 스위칭 소자(12)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 정극 라인(30)과 부극 라인(32) 사이에, 제1 스위칭 소자(10)와 직렬로 접속된다. 제2 스위칭 소자(12)는, 이미터 전극이 제1 스위칭 소자(10)의 콜렉터 전극에 접속되고, 콜렉터 전극이 정극 라인(30)에 접속된다.

제2 스위칭 소자(12)는, 제1 스위칭 소자(10)와 마찬가지로, 기판 상에 실장된다. 또한, 제2 스위칭 소자(12)가 실장되는 기판은, 제1 스위칭 소자(10)가 실장되는 기판(60)과는 전기적으로 절연된다.

평활 콘덴서(20)는, 정극 라인(30)과 부극 라인(32) 사이에, 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)에 대해 병렬로 설치된다. 평활 콘덴서(20)는, 예를 들어 1mF의 용량을 갖는다.

온도 센서(40)는, 제1 스위칭 소자(10)의 온도를 계측한다. 온도 센서(40)는, 제1 스위칭 소자(10)를 포함하는 칩에 내장되어도 된다.

처리 장치(100)는, 인가부(102)와, 조정부(104)와, 판정 출력부(106)를 포함한다. 처리 장치(100)는, CPU를 포함하는 마이크로컴퓨터를 포함해도 된다. 처리 장치(100)의 각종 기능[예를 들어, 이하에서 설명하는 인가부(102), 조정부(104) 및 판정 출력부(106)의 각 기능]은, 임의의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 그들의 조합에 의해 실현되어도 된다. 예를 들어, 처리 장치(100)의 기능의 임의의 일부 또는 전부는, 특정 용도용 ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)에 의해 실현되어도 된다. 또한, 처리 장치(100)는 복수의 처리 장치(센서 내의 처리 장치를 포함함)에 의해 분산되어 실현되어도 된다.

인가부(102)는, 평활 콘덴서(20)의 양단부의 전위차 VH가 소정값 VHth 이상인 상태에서 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)를 동시에 온 시키는 검사용 구동 펄스를 2개 이상 연속하여 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)에 인가한다. 소정값 VHth는, 후술하는 검사용 구동 펄스의 인가에 수반되는 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상으로 되는 것이 실현되도록 적합되어도 된다.

조정부(104)는, 2개 이상의 검사용 구동 펄스의 인가 전후의 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상으로 되도록 검사용 구동 펄스의 펄스폭을 조정한다. 조정부(104)의 조정 방법 등의 구체예는 후술한다.

판정 출력부(106)는, 조정부(104)에 의해 펄스폭이 조정된 2개 이상의 검사용 구동 펄스의 인가시에 있어서의 온도 센서(40)의 측정값의 변화 형태에 기초하여, 땜납(50)의 열화 상태를 나타내는 정보를 출력한다. 땜납(50)의 열화 상태를 나타내는 정보는, 땜납(50)의 열화 상태를 간접적 또는 직접적으로 나타내는 정보이다. 예를 들어, 판정 출력부(106)는 땜납(50)의 열화 상태를 간접적으로 나타내는 정보로서, 조정부(104)에 의해 펄스폭이 조정된 2개 이상의 검사용 구동 펄스의 인가시에 있어서의 온도 센서(40)의 측정값의 시계열(측정값의 변화 형태의 일례) 자체를 출력해도 된다. 이 경우, 예를 들어 딜러의 검사자가, 이러한 온도 센서(40)의 측정값의 시계열을 보고, 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다. 혹은, 판정 출력부(106)는, 조정부(104)에 의해 펄스폭이 조정된 2개 이상의 검사용 구동 펄스의 인가시에 있어서의 온도 센서(40)의 측정값의 변화 형태에 기초하여, 땜납(50)의 열화 상태를 판정하고, 판정 결과[땜납(50)의 열화 상태를 직접적으로 나타내는 정보의 일례]를 출력해도 된다. 판정 출력부(106)의 판정 방법 등의 구체예는 후술한다. 또한, 출력처는, 임의이고, 예를 들어 차량 탑재 디스플레이나, 딜러의 단말기, 외부의 서버 등이어도 된다.

또한, 도 2에는, 모식적으로, 히트 싱크(70)의 하면측에 형성되는 냉매 유로에, 냉매를 공급하는 펌프(80)가 도시되어 있다. 펌프(80)는, 공급 유로(82)를 통해 히트 싱크(70)의 핀(70a) 사이를 지나는 냉매 흐름(순환)을 형성한다. 냉매는, 임의이며, 공기여도 되고, LLC(롱 라이프 쿨런트)와 같은 물이어도 된다. 본 예에서는, 일례로서, 냉매는 물인 것으로 하고, 펌프(80)는 워터 펌프인 것으로 한다.

도 3은, 처리 장치(100)에 의해 실행되는 땜납 열화 상태 판정 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 여기서는, 도 1에 나타내는 제1 스위칭 소자(10), 제2 스위칭 소자(12) 및 평활 콘덴서(20)가, 도 4에 나타내는 전기 회로(2)에 조립되어 있는 경우를 상정한다. 도 4에 나타내는 전기 회로(2)는, 하이브리드차 또는 전기 자동차에서 사용되는 모터 구동용 회로로, 직류 전원(VL)을 구비한다. 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)는, 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12) 사이의 중점(P0)에 접속되는 인덕턴스(Id)와 협동하여, 컨버터를 형성하고, 승강압 동작을 행한다. 인버터 회로(3)에는, 모터(도시하지 않음)가 접속된다.

도 3에 나타내는 처리는, 예를 들어 이그니션 스위치가 온으로 되었을 때 기동되어도 되고, 이그니션 스위치가 오프로 되었을 때 기동되어도 되고, 딜러 등에 있어서, 예를 들어 휴대형 툴 등으로부터 소정의 검사 신호를 수신하였을 때 기동되어도 된다. 여기서는, 일례로서, 도 3에 나타내는 처리는, 이그니션 스위치가 온으로 되었을 때 기동되는 것으로서 설명한다.

스텝 300에서는, 처리 장치(100)는 펌프[80(W/P)]를 정지한다. 또한, 펌프(80)가 정지 상태일 때에는, 정지 상태를 유지한다. 또한, 펌프(80)를 구비하지 않는 구성에서는, 스텝 300은 생략되어도 된다.

스텝 302에서는, 처리 장치(100)의 조정부(104)는, 검사용 구동 펄스의 펄스폭을 초기값으로 설정한다. 초기값은, 검사용 구동 펄스의 펄스폭의 가변 범위의 최소값에 대응해도 된다. 초기값은, 예를 들어 5μs이면 된다.

스텝 304에서는, 처리 장치(100)는 스위치(SW1)(도 4 참조)를 온 한다. 이에 의해, 직류 전원(VL)(도 4 참조)이 컨버터를 통해 인버터 회로(3)(도 4 참조)에 도통된다.

스텝 306에서는, 처리 장치(100)는 승압 지령을 생성하고, 승압 동작을 행한다. 승압 지령은, 예를 들어 컨버터의 출력 전압(P1과 P2 사이의 전위차 VH)에 관하여 500V여도 된다. 승압 지령은, 예를 들어 하부 아암의 제1 스위칭 소자(10)만을 온/오프 전환시키는 것이어도 된다. 이에 의해, 직류 전원(VL)의 전압이 승압되어 인버터 회로(3)에 출력되고, 평활 콘덴서(20)에는, 0보다 큰 전위차 VH를 발생시키는 전하가 저류된다.

스텝 308에서는, 처리 장치(100)는, 전위차 VH의 값이 소정값 VHth 이상인지 여부를 판정한다. 소정값 VHth는, 컨버터의 출력 전압의 목표값(예를 들어 500V)보다도 약간 낮은 값이면 된다. 전위차 VH의 값이 소정값 VHth 이상인 경우는, 스텝 310으로 진행하고, 그 이외의 경우는, 전위차 VH의 값이 소정값 VHth 이상으로 되는 것을 대기하는 상태로 된다(이 동안, 승압 동작은 계속됨).

스텝 310에서는, 처리 장치(100)는 스위치(SW1)를 오프함과 함께, 승압 동작을 정지한다. 이에 의해, 제1 스위칭 소자(10)[및 제2 스위칭 소자(12)]는 오프 상태로 된다.

스텝 312에서는, 처리 장치(100)의 인가부(102)는, 검사용 구동 펄스(도 4의 PL 참조)를 연속하여 출력하고, 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)에 인가한다. 검사용 구동 펄스의 출력 주기는, 펄스 생성용으로 발생되는 캐리어의 주파수에 의해 결정된다. 캐리어의 주파수는, 예를 들어 50kHz여도 된다. 인가부(102)는, 검사용 구동 펄스를, 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)가 동시에 온 되도록 인가한다. 인가부(102)는, 소정 기간 T1에 걸쳐, 검사용 구동 펄스를 연속하여 출력한다. 소정 기간 T1은, 예를 들어 3ms∼110ms의 범위 내이고, 바람직하게는 5ms∼100ms의 범위 내이고, 보다 바람직하게는, 5ms∼20ms의 범위 내이다. 혹은, 소정 기간 T1은, 전위차 VH의 값이 소정값(예를 들어, 대략 0V)으로 될 때까지의 시간이어도 된다. 이 경우, 인가부(102)는 전위차 VH의 값이 소정값으로 될 때까지, 검사용 구동 펄스를 연속하여 출력한다. 소정 기간 T1에 걸친 출력이 종료되면, 스텝 314로 진행한다.

스텝 314에서는, 처리 장치(100)의 조정부(104)는, 온도 센서(40)의 측정값에 기초하여, 검사용 구동 펄스의 인가에 수반하여 제1 스위칭 소자(10)의 온도가 소정 온도 Tth 이상 증가하였는지, 즉 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상인지 여부를 판정한다. 온도 변화 ΔT는, 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 제1 스위칭 소자(10)의 온도와, 검사용 구동 펄스의 인가 후의 제1 스위칭 소자(10)의 온도의 차여도 되고, 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 제1 스위칭 소자(10)의 온도와, 검사용 구동 펄스의 인가 중의 제1 스위칭 소자(10)의 피크 온도의 차여도 된다. 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 제1 스위칭 소자(10)의 온도로서는, 온도 센서(40)의 측정값 대신에, 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 냉매의 수온의 측정값이 사용되어도 된다. 이것은, 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 냉매의 수온은, 검사용 구동 펄스의 인가 직전의 제1 스위칭 소자(10)의 온도와 대략 동등하다고 간주할 수 있기 때문이다. 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상인 경우는, 스텝 320으로 진행하고, 그 이외의 경우는, 스텝 316으로 진행한다.

스텝 316에서는, 처리 장치(100)의 조정부(104)는, 검사용 구동 펄스의 펄스폭을 확대한다. 예를 들어, 조정부(104)는 검사용 구동 펄스의 펄스폭을, 12.5ns씩 확대한다. 따라서, 다음 스텝 312에서는, 처리 장치(100)의 인가부(102)는, 스텝 316에서 확대된 펄스폭의 검사용 구동 펄스를 출력한다. 또한, 조정부(104)는 소정의 상한값을 초과하지 않는 범위에서, 검사용 구동 펄스의 펄스폭을 확대한다. 소정의 상한값은, 제1 스위칭 소자(10)의 단락 내량에 의존하고, 예를 들어 수 10μs이면 된다.

스텝 318에서는, 처리 장치(100)는 전위차 VH의 값이 소정값 VHth 이상인지 여부를 판정한다. 전위차 VH의 값이 소정값 VHth 이상인 경우는, 스텝 312로 진행하고, 그 이외의 경우는, 전위차 VH의 값을 소정값 VHth 이상으로 하기 위해 스텝 304로 되돌아간다.

스텝 320에서는, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 검사용 구동 펄스의 인가 중의 발열·방열 곡선을 취득(래치)한다. 도 5는, 발열·방열 곡선의 일례를 나타낸다. 도 5에 나타내는 발열·방열 곡선은, 횡축에 시간을 취하고, 종축에 제1 스위칭 소자(10)의 온도[온도 센서(40)의 측정값]를 나타낸다. 도 5에 나타내는 예에서는, 제1 스위칭 소자(10)의 온도는, 인가 개시 시점 t0으로부터 급격하게 증가하여, 시각 t1에서 피크에 도달하고 나서, 서서히 하강해 간다. 인가 개시 시점 t0 직후의 온도 상승이 급격해지는 주된 이유는, 인가 개시 시점 t0 직후에서는, 전위차 VH의 값이 크기 때문에 단락 전류가 크고, 또한 땜납(50)에 있어서 제1 스위칭 소자(10)의 열의 기판(60)에의 전달이 일시적으로 차단되기 때문이다. 시각 t1 후에 온도가 서서히 하강해 가는 주된 이유는, 전위차 VH의 값이 서서히 작아지는 것에 의한다.

스텝 322에서는, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 발열·방열 곡선에 기초하여, 땜납(50)의 열화 상태를 판정하고, 판정 결과를 출력한다. 발열·방열 곡선에 기초하는 땜납(50)의 열화 상태의 판정 방법은, 임의이다.

여기서, 발열·방열 곡선에는, 땜납(50)의 열화 상태에 따라서 변화가 나타난다. 예를 들어, 도 6은 10ms(소정 기간 T1)에 걸쳐 검사용 구동 펄스를 연속적으로 인가하여 800W 상당의 손실을 제1 스위칭 소자(10)에서 발생시켰을 때의 발열·방열 곡선의 예를 나타낸다. 도 6에 있어서, 곡선 A는, 땜납(50)에 열화가 없는 상태(우량품)인 경우를 나타내고, 곡선 B는, 땜납(50)이 열화되어 있는 상태(열화품)인 경우를 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 땜납(50)이 열화되어 있는 상태에서는, 땜납(50)에 열화가 없는 상태에 비해, 피크 온도 Tp가 높아진다. 이것은, 땜납(50)의 열화에 기인하여 기판(60)에의 열의 전달이 저해되기 때문이다. 따라서, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는 발열·방열 곡선으로부터 얻어지는 피크 온도 Tp의 값에 기초하여, 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다. 도 7은 10ms에 걸쳐 검사용 구동 펄스를 연속적으로 인가하여 1600W 상당의 손실을 제1 스위칭 소자(10)에서 발생시켰을 때의 발열·방열 곡선의 예를 나타낸다. 도 7에 있어서, 곡선 A는, 땜납(50)에 열화가 없는 상태(우량품)인 경우를 나타내고, 곡선 B는, 땜납(50)이 열화되어 있는 상태(열화품)인 경우를 나타낸다. 도 6과 마찬가지로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 땜납(50)이 열화되어 있는 상태에서는, 땜납(50)에 열화가 없는 상태에 비해, 피크 온도 Tp가 높아진다. 또한, 도 6과 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 손실이 큰 쪽이, 피크 온도 Tp의 차가 커진다. 예를 들어, 도 7에 나타내는 경우, 땜납(50)이 열화되어 있는 상태에서는, 땜납(50)에 열화가 없는 상태에 비해, 피크 온도 Tp의 차가 2배 이상으로 된다. 이것은, 제1 스위칭 소자(10)에서의 손실이 큰 쪽이 땜납(50)의 열화 상태를 고정밀도로 판정할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 상기 스텝 314에서 사용되는 소정 온도 Tth(온도 변화 ΔT에 대한 역치)는, 이 관점에서 설정되어도 된다. 즉, 온도 변화 ΔT는, 제1 스위칭 소자(10)에서의 손실에 기인하므로, 소정 온도 Tth를 큰 값으로 설정함으로써, 땜납(50)의 열화 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다. 소정 온도 Tth는, 온도 센서(40)의 정밀도나 필요한 판정 정밀도 등에 기인하지만, 예를 들어 피크 온도 Tp의 차가 우량품의 피크 온도 Tp의 10％ 이상으로 된 경우에 「열화 있음」이라 판정하는 구성에서는, 우량품의 피크 온도 Tp의 10％가 5℃ 이상으로 되도록 설정되어도 된다.

땜납(50)의 열화 상태의 판정 결과는, 임의의 형태로 출력되어도 된다. 예를 들어, 땜납(50)의 열화 상태는, 단순히 열화의 유무의 2단계로 출력되어도 되고, 3단계 이상의 정도로 출력되어도 된다. 2단계의 경우, 열화가 있는 경우에, 단순히 경보가 출력되는 구성이어도 된다. 또한, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 땜납(50)의 열화 상태의 판정 결과로서, 피크 온도 Tp의 차(우량품과의 차)의 수치 자체를 출력해도 되고, 발열·방열 곡선 자체를 출력해도 된다. 이 경우, 예를 들어 딜러의 검사자가, 이러한 수치나 발열·방열 곡선을 보고, 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다.

본 예에서는, 일례로서, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는 발열·방열 곡선에 기초하여 피크 온도 Tp를 산출하고, 산출한 피크 온도 Tp가 기준 온도에 비해 소정 역치 이상 높은 경우는, 「열화 있음」이라 판정·출력하고, 그 이외의 경우는, 「열화 없음」이라 판정·출력한다. 기준 온도는, 시험 데이터에 기초하여 설정되어도 된다. 시험 데이터는, 예를 들어 우량품에 대해 동일 조건(펄스폭이나 소정 기간 T1)에서 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때에 얻어진 피크 온도 Tp이면 된다. 혹은, 기준 온도는, 제2 스위칭 소자(12)에 관한 발열·방열 곡선에 기초하여 도출한 피크 온도 Tp로 설정되어도 된다. 이것은, 제2 스위칭 소자(12)는 상부 아암의 스위치 소자로, 사용 빈도가 제1 스위칭 소자(10)에 비해 유의하게 낮아, 여전히 우량품(건전)일 가능성이 높은 것을 이용하는 것이다.

도 3에 나타내는 처리에 의하면, 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때의 제1 스위칭 소자(10)의 온도의 변화 형태를 나타내는 발열·방열 곡선에 기초하여, 땜납(50)의 열화 상태를 판정할 수 있다. 또한, 땜납(50)의 열화 상태는, 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상일 때의 발열·방열 곡선에 기초하여 판정되므로, 판정 정밀도를 높일 수 있다.

도 8은, 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때의 단락 전류의 변화 형태의 예를 나타내는 도면으로, (A)는 펄스폭이 5μs인 경우를 나타내고, (B)는 펄스폭이 5.1μs인 경우를 나타낸다.

펄스폭이 5μs인 경우, 펄스폭이 5.1μs인 경우에 비해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 단락 전류의 피크값이 작아지지만, 단락 전류가 흐르는 기간이 길어진다. 이 결과, 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT는, 펄스폭이 5μs인 경우는 약 50℃이고, 펄스폭이 5.1μs인 경우는 약 19℃로, 펄스폭이 5μs인 경우의 쪽이 펄스폭이 5.1μs인 경우에 비해 손실이 커, 그만큼 판정 정밀도를 높일 수 있다. 이것은, 펄스폭이 길어지면, 순간적으로 대전류가 흘러 평활 콘덴서(20)의 에너지가 소비되므로, 제1 스위칭 소자(10)에서의 손실이 작아지는 것을 의미한다. 한편, 펄스폭이 지나치게 짧으면, 단락 전류 자체가 실질적으로 흐르지 않거나 또는 작아, 필요한 손실을 발생할 수 없다. 이와 같이, 펄스폭에는, 손실을 최대화시키는 최적값이 있다. 단, 펄스폭의 최적값은, 개체차[제1 스위칭 소자(10)의 개체차나 구동 회로의 개체차]가 있다.

이 점, 도 3에 나타내는 처리에 의하면, 펄스폭을 미소하게 변화시키면서, 소정 이상의 손실(소정 온도 Tth 이상의 온도 변화 ΔT)을 발생시키는 펄스폭을 탐색하므로(스텝 314, 스텝 316 참조), 일정 이상의 판정 정밀도를 유지할 수 있다.

또한, 도 3에 나타내는 처리에서는, 온도 변화 ΔT가 최대로 되는 펄스폭을 탐색하고 있지 않지만, 온도 변화 ΔT가 최대로 되는 펄스폭을 탐색하고, 온도 변화 ΔT가 최대로 되는 펄스폭에서 얻어진 발열·방열 곡선에 기초하여 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다.

도 9는, 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때의 땜납(50) 등의 온도 변화 형태의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10은, 도 9에 나타내는 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 형태에 대한 땜납(50)의 기여율의 변화 형태를 나타내는 도면이다.

도 9에 있어서, ΔT가 부여된 곡선은, 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화를 나타내고, δTsn이 부여된 곡선은, 땜납(50)의 온도 변화를 나타내고, δTal1이 부여된 곡선은, 알루미늄판(62)(도 2 참조)의 온도 변화를 나타내고, δTal2가 부여된 곡선은, 알루미늄판(66)(도 2 참조)의 온도 변화를 나타내고, δTaln이 부여된 곡선은, 세라믹 기판(64)(도 2 참조)의 온도 변화를 나타내고, δTplt가 부여된 곡선은, 히트 싱크(70)(도 2 참조)의 온도 변화를 나타내고, δTfin이 부여된 곡선은, 핀(70a)(도 2 참조)의 온도 변화를 나타낸다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 땜납(50)은, 비교적 빠르게 온도가 포화된다. 도 9에 나타내는 예에서는, 땜납(50)은 10ms 정도에서 포화된다. 땜납(50)의 온도가 포화되면, 제1 스위칭 소자(10)의 열은, 땜납(50)보다도 하층의 기판(60) 등에 전달되기 쉬워진다. 따라서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 스위칭 소자(10)의 온도에 대한 땜납(50)의 기여율은, 비교적 빠르게 저하되어 간다. 제1 스위칭 소자(10)의 온도에 대한 땜납(50)의 기여율이라 함은, 제1 스위칭 소자(10)로부터 기판(60) 등으로 전달되는 열이, 땜납(50)에 의해 어느 정도 차단되어 있는지를 나타낸다. 따라서, 기여율이 높을 때의 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 형태를 사용하는 경우에는, 땜납(50)의 열화 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다. 도 10에 나타내는 예에서는, 땜납(50)의 기여율은, 수 ms에 피크(약 40％)에 도달하고, 그 후, 현저하게 저하되어, 1s 후에는 약 4％까지 저하된다.

또한, 도 3에 나타내는 처리에 의하면, 상술한 바와 같이, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 피크 온도 Tp에 기초하여 땜납(50)의 열화 상태를 판정한다. 이때, 피크 온도 Tp의 발생 타이밍이, 땜납(50)의 기여율이 피크로 되는 타이밍과 대략 일치하는 경우에는, 땜납(50)의 열화 상태를 보다 고정밀도로 판정할 수 있게 된다. 이 목적을 위해, 처리 장치(100)의 조정부(104)는, 단시간(예를 들어, 10ms 이내)에 피크 온도 Tp가 발생하도록, 펄스폭을 조정해도 된다. 이에 의해, 땜납(50)의 열화 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

또한, 도 3에 나타내는 처리에서는, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 피크 온도 Tp에 기초하여 땜납(50)의 열화 상태를 판정하고 있지만, 그 대신에 또는 그것에 추가하여, 다른 파라미터에 기초하여 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다. 다른 파라미터는, 예를 들어 피크 온도 Tp까지의 온도 변화 ΔT, 피크 온도 Tp까지의 온도의 상승 속도(시간에 대한 변화율), 소정 온도(예를 들어, 100℃)에 도달할 때까지의 시간, 피크 온도 Tp를 초과하고 나서의 온도의 하강 속도(시간에 대한 변화율) 등을 포함해도 된다. 피크 온도 Tp까지의 온도의 상승 속도는, 피크 온도 Tp에 도달할 때까지의 시간(도 2의 t0∼t1까지의 시간 참조)으로 판정되어도 되고, 인가 개시로부터 소정 시간 후(예를 들어, 5μs 후)의 제1 스위칭 소자(10)의 온도로 판정되어도 된다. 피크 온도 Tp를 초과하고 나서의 온도의 하강 속도는, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같이, 피크 온도 Tp에 도달한 시점 t1로부터 소정 시간 후(예를 들어, 5∼20μs 후)의 제1 스위칭 소자(10)의 온도로 판정되어도 되고, 피크 온도 Tp에 도달한 시점 t1로부터 소정 온도 저하될 때까지 필요로 하는 시간(도 2의 t1∼t2까지의 시간 참조)으로 판정되어도 된다. 이들 각종 파라미터는, 임의의 조합으로 사용되어도 된다. 이때, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 이하의 경향을 마찬가지로 이용하여, 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다. 피크 온도 Tp까지의 온도 변화 ΔT는, 땜납(50)의 열화가 진행될수록 커지는 경향으로 된다. 피크 온도 Tp까지의 온도의 상승 속도는, 땜납(50)의 열화가 진행될수록 빨라지는 경향으로 된다. 소정 온도에 도달할 때까지의 시간은, 땜납(50)의 열화가 진행될수록 짧아지는 경향으로 된다. 피크 온도 Tp를 초과하고 나서의 온도의 하강 속도는, 땜납(50)의 열화가 진행될수록 느려지는 경향으로 된다. 이들은, 땜납(50)의 열화가 진행될수록, 제1 스위칭 소자(10)로부터 기판(60)으로의 열의 전달이 저해되기 때문이다.

또한, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 제1 스위칭 소자(10)에 관한 발열·방열 곡선의 패턴(파형) 자체를, 기준 패턴과 비교하여 땜납(50)의 열화 상태를 판정해도 된다. 기준 패턴은, 시험 데이터(예를 들어, 우량품에 대해 동일 조건에서 검사용 구동 펄스를 인가하였을 때에 얻어진 발열·방열 곡선)에 기초하여 설정되어도 된다. 혹은, 기준 온도는, 제2 스위칭 소자(12)에 관한 발열·방열 곡선에 기초하여 설정되어도 된다. 이것은, 제2 스위칭 소자(12)는, 상부 아암의 스위치 소자로, 사용 빈도가 제1 스위칭 소자(10)에 비해 유의하게 낮아, 여전히 우양품(건전)일 가능성이 높은 것을 이용하는 것이다. 이때, 처리 장치(100)의 판정 출력부(106)는, 땜납(50)의 기여율이 비교적 높은 구간(예를 들어 0∼20μs까지의 구간)에 있어서 발열·방열 곡선의 패턴을 비교해도 된다.

이상, 각 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 범위 내에 있어서, 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 또한, 전술한 실시예의 구성 요소를 전부 또는 복수를 조합하는 것도 가능하다.

예를 들어, 상술한 실시예에서는, 주로, 도 1에 나타내는 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)가 인버터(전력 변환 장치의 일례)의 하부 아암 및 상부 아암 각각을 형성하는 예에 대해 설명하고 있지만, 도 1에 나타내는 제1 스위칭 소자(10) 및 제2 스위칭 소자(12)가 인버터 회로(3)(전력 변환 장치의 다른 일례)의 하부 아암 및 상부 아암(또는 상부 아암 및 하부 아암) 각각을 형성하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 상술한 실시예에서는, 도 3의 스텝 312의 처리에서는, 연속하여 출력하는 검사용 구동 펄스의 폭은 일정하지만, 가변으로 해도 된다.

또한, 상술한 실시예에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 조정부(104)는, 펄스폭의 초기값을 최소값으로 설정하고(스텝 302 참조), 연속 펄스의 인가에 수반되는 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상으로 될 때까지, 펄스폭을 서서히 증가시키고 있다(스텝 316). 그러나, 조정부(104)는 펄스폭의 초기값을 최대값으로 설정하고, 연속 펄스의 인가에 수반되는 제1 스위칭 소자(10)의 온도 변화 ΔT가 소정 온도 Tth 이상으로 될 때까지, 펄스폭을 서서히 저감시켜도 된다.

1 : 정보 출력 장치
3 : 인버터 회로
10 : 제1 스위칭 소자
12 : 제2 스위칭 소자
20 : 평활 콘덴서
30 : 정극 라인
32 : 부극 라인
40 : 온도 센서
50 : 땜납
100 : 처리 장치

Claims

전력 변환 장치의 한쪽 아암을 형성하고, 냉매에 의해 냉각되는 기판 상에 땜납을 통해 접합하는 제1 스위칭 소자와,
상기 제1 스위칭 소자와 직렬로 접속되고, 상기 전력 변환 장치의 다른 쪽 아암을 형성하는 제2 스위칭 소자와,
상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 대해 병렬로 설치되는 평활 콘덴서와,
상기 제1 스위칭 소자의 온도를 측정하는 측정 수단과,
처리 장치에 의해 실현되고, 상기 평활 콘덴서의 양단부의 전위차가 소정값 이상인 상태에서 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 동시에 온 시키는 펄스를 2개 이상 연속하여 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 인가하는 인가부와,
상기 처리 장치에 의해 실현되고, 상기 2개 이상의 펄스의 인가 전후의 상기 제1 스위칭 소자의 온도 변화가 소정 온도 이상으로 되도록 상기 펄스의 펄스폭을 조정하는 조정부와,
상기 처리 장치에 의해 실현되고, 상기 펄스폭이 조정된 상기 2개 이상의 펄스의 인가시에 있어서의 상기 측정 수단에 의한 측정값의 변화 형태에 기초하여, 상기 땜납의 열화 상태를 나타내는 정보를 출력하는 출력부를 포함하는, 정보 출력 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정값의 변화 형태는, 상기 측정값의 피크값, 또는 상기 2개 이상의 상기 펄스의 인가 전의 상기 측정값과 상기 측정값의 피크값의 차인, 정보 출력 장치.