パワーサイクル試験 | パワーモジュール・パワーデバイスの信頼性評価試験

パワーサイクル試験 | パワーモジュール・パワーデバイスの信頼性評価試験

パワー半導体やパワーモジュールなど、電源ON/OFFを繰り返すと、部品・モジュールの自己発熱と冷却の繰り返しにより接合材料の膨張差から歪が発生し接合信頼性の劣化を招きます。自己発熱と冷却の繰り返しサイクルにより発熱動作を考慮したパワーサイクル試験を受託します。

お客様のパワーサイクル仕様(温度プロファイルやサイクル数)に合わせた試験環境の構築から調査解析までを提案いたします。

 

パワーモジュールとは

パワーモジュールは、1つまたは複数の半導体素子を単一の絶縁パッケージに集積した高出力電気部品で、主に電力の変換や制御を効率的に行うために使用されます。

IGBT(絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ、Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)などのスイッチング素子、放熱基板や配線、封止材などから構成されます。

省エネルギー化、機器の小型化に貢献することから、

  • 電気自動車(EV)、ハイブリッド車(HEV)のトラクションインバーター
  • 車載充電器、DC-DCコンバーター
  • モーター制御、ロボット、工作機械、エレベーター
  • 産業用インバーターや無停電電源装置(UPS)
  • 太陽光発電システムや風力発電システム

等での採用が近年進んでいます。過酷な環境下で長期間使用されることが多いため、高い信頼性、長寿命化が求められる一方、

  • 高速スイッチングによる効率向上と、EMC(電磁両立性)の確保の両立
  • 高電力密度化に伴う熱管理
  • 上記内容に対応したモールド樹脂等の材料選定

等の技術的な課題を抱えています。

 

パワー MOS FET|試験実施例と解析事例

 

パワーMOS FETの試験実施例
パワーMOS FETの試験実施例
試験後のSEM解析(断線)
試験後のSEM解析(断線)

 

 

パワーモジュール|温度サイクル試験槽を併用した特殊例

 

試験槽と負荷設備を併用
試験槽と負荷設備を併用
パワーモジュール試験例
写真上:設置(試料へヒートシンクを貼り付け)/ 写真下:通電ON/OFF時の温度グラフ

 

 

パワーモジュール評価事例 | パワーサイクル試験

パワーMOS-FET事例

対象部品

MOS-FET、IGBT等

試料サイズ

JEDECパッケージに対応

冷却方式

冷却は空冷式

同時試験数

12台

サイクル数

10,000cyc

モニター

常時温度、電流モニター

電流値

3.0A/個

温度勾配

2種類の温度プロファイル使用


パワーモジュール事例

対象部品

パワーモジュール(DCDCコンバーター)

試料サイズ

パッケージ寸法に合わせ基板設計

冷却方式

FANによる強制空冷

同時試験数

2台

サイクル数

1,000cyc

モニター

常時温度、電圧モニター

入力電圧

280V

出力電圧

24V

出力電流

25A

出力電力

600w

 

主な対応設備 | パワーサイクル試験

環境試験

気槽 熱衝撃試験槽
詳細

温度変化を短時間に繰り返すことによる劣化性の確認試験可能
温度: 高温 +60~+200℃/低温 -70~0℃

恒温恒湿槽

温度・湿度加速による劣化性確認
温度範囲: -40~+150℃
湿度範囲: 20~98%RH(設定温度に制限あり)

ハイパワー恒温恒湿器
詳細

急激な温度変化と湿度による劣化性確認温度範囲: -70~+180℃
温度変化速度:15℃/分
湿度範囲: 10~98%RH(設定温度に制限あり)

低温低湿槽
詳細

温度・湿度加速による劣化性確認(低温・低湿可)
温度範囲: -20~+100℃
湿度範囲: 10~95%RH(設定温度に制限あり)

真空オーブン(減圧試験機)
詳細

減圧環境下での密閉度調査
試験可能温度: +40~+200℃
圧力: 5~933hPa


解析・測定

オシロスコープ・データロガー

Keysight MSO-X 3104A 1GHz 5Gsa/sアクティブプローブ:1GHz 1MOhm 1pF
電流プローブ:DC-20MHz 150Arms, 30A/50MHz
※上記に限らず複数所有

インピーダンスアナライザ

受動素子の測定
周波数: 40Hz~110MHz
試料サイズ: SMD2電極タイプ 0603~、IMD、他

ネットワークアナライザ
詳細

被測定回路の伝播特性の測定
印加可能周波数: 9KHz~6.5GHz
シングルエンド/ディファレンシャル測定可能、タイムドメイン反射測定(TDR)機能あり

3D-X線解析装置
詳細

傾斜型CTによる断面観察最大試料サイズ: W460 x D410 x H120mm
最大試料重量: 5kg

ロックイン赤外線発熱解析装置
詳細

電子部品やプリント基板の電流リークによる発熱箇所を非破壊で特定
最大試料サイズ: W450 x D450 x H56mm
最大試料重量: 10kg

 

 

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