(57)【要約】【課題】長期信頼性を確保する。【解決手段】パワー半導体素子１５１，１５２の上面など、パワー半導体素子１５１，１５２の領域を含むパワー半導体素子１５１，１５２の近傍に、ひずみゲージ回路２０１，２０２を形成する。さらに、ひずみゲージ回路２０１，２０２の表面は、弾性体材料によってひずみゲージコート層２２１，２２２が形成されている。このひずみゲージ回路２０１，２０２は、パワー半導体素子１５１，１５２の接合部半田層の熱応力などによって発生したパワー半導体素子１５１，１５２の近傍のひずみ量を測定する。測定されたひずみ量を用いて、パワー半導体素子１５１，１５２の疲労特性の状態を監視し、長期信頼性を確保することが可能となる。【選択図】図１
2010016274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置において、
前記パワー半導体素子の領域を含む前記パワー半導体素子の近傍に形成され、前記パワー半導体素子または前記パワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路と、
前記ひずみゲージ回路の表面に弾性体材料で形成されるひずみゲージコート層と、
を有することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
前記ひずみゲージ回路は、前記パワー半導体素子の上面に形成され、前記パワー半導体素子に生じたひずみ量を測定する、ことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項３】
前記ひずみゲージ回路は、前記回路パターンが形成され、前記パワー半導体素子が搭載される基板上の前記パワー半導体素子近傍に形成され、前記パワー半導体素子に発生したひずみによって前記基板に生じたひずみ量を測定する、ことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項４】
前記ひずみゲージ回路は、前記ひずみ量に応じた電気信号を伝達する他の配線部材を介して、前記ひずみゲージ回路によって測定されたひずみ量と、予め測定された前記パワー半導体素子が正常に動作する正常動作範囲のひずみ量とを比較し、前記パワー半導体装置の故障限界に関する判断を行う信号処理回路に接続されることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項５】
前記ひずみゲージ回路は、前記パワー半導体素子の近傍に、電気絶縁物を薄膜状に成型したベースを配置し、前記ベース上にフォトエッチング加工した抵抗箔を配置して形成されることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項６】
前記ひずみゲージ回路は、予め形成されたひずみゲージを前記パワー半導体素子の近傍に接着層を介して接着されて形成されることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項７】
ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置の製造方法において、
前記パワー半導体素子の領域を含む前記パワー半導体素子の近傍に、前記パワー半導体素子または前記パワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路を形成し、
前記ひずみゲージ回路の表面を弾性体材料で覆ってひずみゲージコート層を形成する、
手順を有することを特徴とするパワー半導体装置の製造方法。
【請求項８】
ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置の疲労特性監視方法において、
ひずみ演算回路が、予め、前記パワー半導体装置のパワーサイクル試験時に、前記パワー半導体素子の領域を含む前記パワー半導体素子の近傍に形成され、前記パワー半導体素子または前記パワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路によって測定されたひずみ量に基づいて前記パワー半導体素子が正常に動作する正常動作範囲のひずみ量を予測し、記憶しておく手順と、
故障検出回路が、前記ひずみゲージ回路によって測定された前記ひずみ量と、前記ひずみ演算回路が予測した前記正常動作範囲のひずみ量とを比較し、比較結果に基づいて前記パワー半導体装置の故障限界に関する判断を行う手順と、
信号出力回路が、前記故障検出回路の判断結果に基づき、必要に応じて前記パワー半導体素子の動作を制御して前記パワー半導体素子を保護する保護指令及び前記ひずみ量が所定の閾値を超えたことを報知する報知信号を出力する手順と、
を有することを特徴とするパワー半導体装置の疲労特性監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワー半導体装置、その製造方法及びその疲労特性監視方法に関し、特にケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置、その製造方法及びその疲労特性監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体装置は、各種モータの制御や電力変換に用いられるスイッチングデバイスとして広く普及している。
図６は、従来のパワー半導体装置の構造の概略図である。
【０００３】
パワー半導体装置（以下、パワーモジュールとする）では、絶縁層９１０と、回路パターン９２１，９２２とを有する銅ベース基板９３０に、半田層Ａ９４１，９４２によってパワー半導体素子９５１，９５２が半田付けされている。さらに、半田層Ｂ９６１，９６２によりリードフレーム９７１，９７２がパワー半導体素子９５１，９５２に取り付けられている。リードフレーム９７１，９７２は、主端子９８１，９８２に接続される。さらに、銅ベース基板９３０上に搭載されたパワー半導体素子９５１，９５２、リードフレーム９７１，９７２などの外囲にケース９９０が取り付けられ、銅ベース基板９３０とケース９９０との接合部が図示しない接着剤でシールされる。そして、封止材が充填され、封止材層１０００が形成される。
【０００４】
封止材として使用されるのは、エポキシ系耐熱封止材で、２液混合型の反応材料である。所定量計量したのち混合し、０．１Ｔｏｒｒ（トル）の真空状態で１０分間一次脱泡したのちに、ケース９９０内に注型される。その後、０．１Ｔｏｒｒの真空状態で二次脱泡し、摂氏１５０度（以下、℃とする）で２時間加熱硬化された後、フタ９９３が取り付けられ、パワーモジュールが完成される。なお、パワーモジュールは、図示しない冷却フィンの上に取り付けられて使用される。
【０００５】
パワーモジュールの動作時には、パワー半導体素子９５１，９５２及び回路パターン９２１，９２２に高電圧が印加されて使用されるため、パワー半導体素子９５１，９５２の温度が上昇する。このため、パワー半導体素子９５１を構成するシリコン（Ｓｉ）と、配線部材を構成する銅（Ｃｕ）との線膨張係数の違いにより、これらを接合する半田に疲労破壊が生じる。そこで、パワー半導体素子とリードフレームの接合部をポッティングレジンでモールドすることによって、半田の疲労破壊を抑制するパワー半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１５７８６３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のパワーモジュールでは、パワー半導体素子９５１，９５２の温度上昇によって、パワー半導体素子９５１，９５２とリードフレーム９７１，９７２とを接合する半田層Ｂ９６１，９６２とともに、パワー半導体素子９５１，９５２と回路パターン９２１，９２２とを接続している半田層Ａ９４１，９４２にも、疲労破壊による熱抵抗変化が増加するという問題がある。
【０００７】
例えば、パワーサイクル試験をΔＴｊ＝１５０℃、運転１秒、休止９秒の条件を１サイクルとして実施すると、サイクル数の増加に従ってパワー半導体素子９５１，９５２の温度が上昇し、パワーモジュールの熱抵抗が増加する傾向が顕著になった。
【０００８】
また、ヒートショック試験を−４０℃（３０分間）〜＋１２５℃（３０分間）の条件を１サイクルとして実施すると、パワーサイクル試験と同様に、サイクル数の増加とともに熱抵抗が増加する傾向が顕著になる。
【０００９】
上記の事象は、パワー半導体素子９５１，９５２の温度上昇から発生する熱によって生じる。すなわち、銅ベース基板９３０と、半田層Ａ９４１，９４２、パワー半導体素子９５１，９５２、半田層Ｂ９６１，９６２及び封止材層１０００と、の間の熱膨張率差により発生する熱応力によって、半田層Ａ９４１，９４２と、半田層Ｂ９６１，９６２に疲労破壊を生じ、熱抵抗変化が増加するという問題となる。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パワー半導体素子の接合部半田の熱応力などによる疲労特性の低下を防止し、長期信頼性を確保することが可能なパワー半導体装置、その製造方法及びその疲労特性監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置において、パワー半導体素子の領域を含むパワー半導体素子の近傍に形成され、パワー半導体素子またはパワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路と、このひずみゲージ回路の表面に弾性体材料で形成されるひずみゲージコート層と、を有することを特徴とするパワー半導体装置が提供される。
【００１２】
このようなパワー半導体装置では、パワー半導体素子は、接合部半田層を介して、回路パターンと、配線部材とに接合されている。また、パワー半導体素子の上面などパワー半導体素子の領域を含むパワー半導体素子近傍に、表面を弾性体材料で形成されるひずみゲージコート層で覆われたひずみゲージ回路が形成される。このひずみゲージ回路は、パワー半導体素子の接合部半田層の熱応力などによって発生したパワー半導体素子またはパワー半導体素子近傍のひずみ量を測定する。測定されたひずみ量を用いれば、パワー半導体素子の疲労特性の状態を監視し、長期信頼性を確保することが可能となる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置の製造方法において、パワー半導体素子の領域を含むパワー半導体素子の近傍に、パワー半導体素子またはパワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路を形成し、ひずみゲージ回路の表面を弾性体材料で覆ってひずみゲージコート層を形成する、手順を有することを特徴とするパワー半導体装置の製造方法が提供される。
【００１４】
このようなパワー半導体装置の製造方法によれば、パワー半導体素子の近傍に、パワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路が形成される。そして、形成されたひずみゲージ回路の表面を弾性体材料で覆ってひずみゲージコート層が形成される。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、ケース内部の基板上に設けられた回路パターンと、配線部材とを、半田層を介してパワー半導体素子に接合し、封止材層により封止を行ったパワー半導体装置の疲労特性監視方法において、ひずみ演算回路が、予め、パワー半導体装置のパワーサイクル試験時に、パワー半導体素子の領域を含むパワー半導体素子の近傍に形成され、パワー半導体素子またはパワー半導体素子近傍に発生したひずみ量を測定するひずみゲージ回路によって測定されたひずみ量に基づいてパワー半導体素子が正常に動作する正常動作範囲のひずみ量を予測し、記憶しておく手順と、故障検出回路が、ひずみゲージ回路によって測定されたひずみ量と、ひずみ演算回路が予測した正常動作範囲のひずみ量とを比較し、比較結果に基づいてパワー半導体装置の故障限界に関する判断を行う手順と、信号出力回路が、故障検出回路の判断結果に基づき、必要に応じてパワー半導体素子の動作を制御してパワー半導体素子を保護する保護指令及びひずみ量が所定の閾値を超えたことを報知する報知信号を出力する手順と、を有することを特徴とするパワー半導体装置の疲労特性監視方法が提供される。
【００１６】
このようなパワー半導体装置の疲労特性監視方法によれば、パワー半導体装置の近傍に配置されるひずみゲージ回路を用いて、予めパワー半導体装置のパワーサイクル試験によってパワー半導体素子が正常に動作する正常動作範囲のひずみ量を予測しておく。通常動作時、ひずみゲージ回路が検出したひずみ量と、正常動作範囲のひずみ量予測とを比較して故障限界に関する判断を行う。そして、判断結果に基づき、必要であればパワー半導体素子の動作制御や、アラーム報知が行われる。
【発明の効果】
【００１７】
開示のパワー半導体装置によれば、パワー半導体素子と回路パターン及び配線部材とを接合する接合部半田層に発生する熱応力などによって発生したパワー半導体素子またはパワー半導体素子近傍のひずみ量が測定される。この測定されたひずみ量を用いて接合部半田層の疲労特性の状況を監視できるので、疲労特性の低下を防止し、パワーモジュールの長期信頼性を確保するための処理を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下では、第１、第２、第３の実施の形態の順に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。
【００１９】
第１の実施の形態のパワーモジュールは、絶縁層１１０と回路パターン１２１，１２２とを有する銅ベース基板１３０に、半田層Ａ１４１によってパワー半導体素子１５１、半田層Ａ１４２によってパワー半導体素子１５２が接合される。パワー半導体素子１５１周辺の構成と、パワー半導体素子１５２周辺の構成は同様であるので、以下の説明では同様の構成要素はまとめてパワー半導体素子１５１，１５２というように表記する。このとき、最初に記載する符号はパワー半導体素子１５１に関する構成部、続いて記載する符号はパワー半導体素子１５２に関する構成部とする。
【００２０】
パワー半導体素子１５１，１５２の上面には、半田層Ｂ１６１，１６２を介して配線部材であるリードフレーム１７１，１７２が接合され、リードフレーム１７１，１７２に主端子１８１，１８２が取り付けられる。これにより、主端子１８１、リードフレーム１７１、パワー半導体素子１５１及び回路パターン１２１は電気的に接続される。同様に、主端子１８２、リードフレーム１７２、パワー半導体素子１５２及び回路パターン１２２も電気的に接続される。さらに、パワー半導体素子１５１，１５２の上面に、ひずみゲージ回路２０１，２０２が搭載され、ひずみゲージ回路２０１，２０２には外部にひずみゲージ回路２０１，２０２の出力信号を伝達するゲージリード２１１，２１２が接続される。
【００２１】
次に、この状態から銅ベース基板１３０に、上記の各構成部を囲むケース３００が取り付けられる。ケース３００と銅ベース基板１３０との接合部は、図示しない接着材でシールされる。その後、パワー半導体素子１５１，１５２に形成されたひずみゲージ回路２０１，２０２の表面にひずみゲージコート層２２１，２２２を形成する。ひずみゲージコート層２２１，２２２に使用する材料としては、柔らかな弾性体材料が好適である。一例として、シリコーンゴム系材料のＧＥ東芝シリコン（株）のＴＳＥ３２２が挙げられる。この場合の硬化条件は、１２０℃、２時間になる。
【００２２】
このようにひずみゲージコート層２２１，２２２を形成することにより、ひずみゲージ回路２０１，２０２に封止材層３２０が直接接触することを防止する。これにより、封止材層３２０に働く熱応力などがひずみゲージ回路２０１，２０２に伝わらないようにし、パワー半導体素子１５１，１５２に発生するひずみを正確に検知することが可能となる。
【００２３】
続いて、封止材層３２０を形成する。封止材層３２０としてケース３００内に充填されるのはエポキシ系耐熱封止材で、２液混合型の反応材料である。所定量計量した後に混合し、０．１Ｔｏｒｒの真空状態で１０分間一次脱泡した後、ケース３００内に注型される。その後、０．１Ｔｏｒｒの真空状態で１０分間二次脱泡し、１８０℃で２時間加熱硬化された後、フタ３１０を介して主端子１８１，１８２と他の配線部材であるゲージリード２１１，２１２が取り付けられ、パワーモジュールは完成される。
【００２４】
こうして形成されたパワーモジュールは、図示しない冷却フィンの上に取り付けられて使用される。
ここで、パワー半導体素子１５１，１５２の上面に形成されるひずみゲージ回路２０１，２０２について説明する。図２は、ひずみゲージ回路の一例を示した図である。図は、ひずみゲージ回路２０１をパワーモジュールの垂直方向から見た図である。
【００２５】
ひずみゲージ回路２０１は、箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例であり、パワー半導体素子１５１が形成された後に、パワー半導体素子１５１上面に形成される。
ひずみゲージ回路２０１のゲージベース２０１ａは、電気絶縁物、例えばポリイミド材料からなる部材を薄膜状にして形成される。ゲージベース２０１ａの上には、受感素子である抵抗箔２０１ｂが、Ｎｉ−Ｃｒ系合金箔をフォトエッチング加工して形成され、さらに、抵抗箔２０１ｂの両端にゲージリード２１１が取り付けられ、ひずみゲージ回路２０１が形成される。なお、上記では、ひずみゲージ回路２０１について説明したが、ひずみゲージ回路２０２も同様である。
【００２６】
通常状態でゲージ長Ｌ（２０１ｃ）のひずみゲージ回路２０１は、引張力または圧縮力が加わったときに発生するひずみに応じてゲージ長ＬがＬ＋ΔＬ（またはＬ−ΔＬ）に変形する。このゲージ長Ｌの伸縮に応じた電気抵抗の変化を測定し、ひずみに換算することにより、パワー半導体素子１５１に発生する熱応力を検知することができる。そこで、ひずみゲージ回路２０１の出力信号は、ゲージリード２１１を介して信号処理部に出力され、ひずみ量の算出と、故障検出とが行われる。
【００２７】
図３は、ひずみゲージ回路の信号処理部の回路構成の一例を示した図である。
ひずみゲージ回路２０１は、ゲージリード２１１を介してホイートストンブリッジ２５１に接続される。ホイートストンブリッジ２５１は、入力電圧（印加電圧）ＶＥが印加され、出力電圧Ｖｅを検出する。取り出された出力電圧Ｖｅは、ひずみ計回路２５２、ひずみ演算回路２５３、故障検出回路２５４、及び信号出力回路２５５の各信号処理回路で信号処理される。
【００２８】
ひずみ計回路２５２は、出力電圧Ｖｅを取り込み、ひずみ量を算出する。ここで、求めるひずみ量εは、ひずみゲージ回路２０１の抵抗をＲ、ひずみを受けたときの抵抗変化量をΔＲ、ゲージ率をＫとすると、
ε＝（ΔＲ／Ｒ）／Ｋ                                            ・・・（１）
と表すことができる。ホイートストンブリッジ２５１の固定抵抗をＲ２，Ｒ３，Ｒ４とすると、出力電圧は、
Ｖｅ＝［（Ｒ・Ｒ３−Ｒ２・Ｒ４）／｛（Ｒ＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４）｝］・ＶＥ
・・・（２）
となる。ここで、Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとすると、出力電圧Ｖｅの変化分ΔＶｅは、
ΔＶｅ＝｛ΔＲ／（４Ｒ＋２ΔＲ）｝・ＶＥ
となる。ΔＲ＜＜Ｒの場合、（１）から、
ΔＶｅ＝（ΔＲ／４Ｒ）ＶＥ＝（ＶＥ／４）Ｋε                    ・・・（３）
となり、ひずみ量εを算出することができる。
【００２９】
ひずみ演算回路２５３は、パワーサイクル試験時にこのパワー半導体素子１５１の正常な動作範囲のひずみ量を予測し、その予測結果を保持する。ひずみ演算回路２５３は、パワーサイクル試験時に、パワーモジュールのヒートサイクル温度条件と、ひずみ計回路２５２が算出したパワー半導体素子１５１に発生するひずみ量とを測定しておくことで、故障時点のひずみ量を正確に把握する。そして、パワー半導体素子１５１の正常な動作範囲のひずみ量を予測し、ひずみ予測情報として記憶しておく。
【００３０】
故障検出回路２５４は、通常動作時、ひずみ計回路２５２が算出したひずみ量と、ひずみ演算回路２５３のひずみ予測情報とを比較し、パワーモジュールの故障限界に関する判断を行う。例えば、計測されたひずみ量が正常範囲を超えたかどうか、あるいは、正常範囲の最大値に近づいたかなどを判断する。
【００３１】
信号出力回路２５５は、故障検出回路２５４の検出結果に基づき、保護指令、ひずみ報知信号及び故障報知信号を出力する。保護指令は、図示しない制御回路に伝達され、パワーモジュールの動作制御の指示を与える。例えば、保護指令に応じて、パワー半導体素子１５１の破壊前に動作を停止させる。ひずみ報知信号は、ひずみが所定の値を超えたことを通知する信号であり、故障報知信号はひずみが所定の故障限界を超えたことを通知する信号である。ひずみ報知信号及び故障報知信号は、異常を報知するアラーム信号として出力される。
【００３２】
このようなひずみゲージ回路及び信号処理部により、パワー半導体素子に発生したひずみが計測され、その値に応じてパワーモジュールが制御される。また、計測されたひずみ量が所定の値を超えた時は、異常が報知される。このようにパワーモジュールを制御して使用することにより、パワー半導体素子の破壊事故を未然に防ぎ、予防保全的な長期の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
以上、第１の実施の形態によれば、パワー半導体素子１５１，１５２の上面に搭載されたひずみゲージ回路２０１，２０２が、パワー半導体素子１５１，１５２の接合部半田層（半田層Ａ１４１，１４２と半田層Ｂ１６１，１６２）に発生した熱応力などによって発生したパワー半導体素子１５１，１５２のひずみ量を測定する。このひずみ量によってパワー半導体素子１５１，１５２の疲労特性の状況を監視し、予防保全的な対策を行うことが可能となる。例えば、ひずみが所定の値を超えた時、パワーモジュールを停止させるように制御を行うことにより、パワーモジュールの破壊事故を未然に防ぐことができる。また、ひずみ報知信号あるいは故障報知信号としてアラームを発生させれば、予防措置を管理者に促すことができる。
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、パワー半導体素子１５１，１５２の上面にひずみゲージ回路２０１，２０２を搭載するとしたが、第２の実施の形態では、パワー半導体素子１５１，１５２が半田層Ａ１４１，１４２を介して接合される銅ベース基板１３０上のパワー半導体素子１５１，１５２近傍に配置する。第１の実施の形態では、直接パワー半導体素子１５１，１５２に生じたひずみを測定することができるが、パワー半導体素子１５１，１５２に、ひずみゲージ回路２０１，２０２及びひずみゲージコート層２２１，２２２を形成するために十分な面積が必要となる。第２の実施の形態は、これを解決することができる。
【００３４】
図４は、第２の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。図１と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。
ひずみゲージ回路４０１，４０２は、銅ベース基板１３０の上で、パワー半導体素子１５１，１５２の近傍に形成される。図では、ひずみゲージ回路４０１，４０２は、銅ベース基板１３０の上に形成される回路パターン１２１，１２２上に形成されているが、直接銅ベース基板１３０に形成されてもよい。なお、ひずみゲージ回路４０１，４０２は、図２に示したひずみゲージ回路２０１と同様に構成される。
【００３５】
ひずみゲージ回路４０１，４０２が銅ベース基板１３０に形成された後、第１の実施の形態と同様に、ひずみゲージ回路４０１，４０２の表面にひずみゲージコート層４２１，４２２が形成される。ひずみゲージコート層４２１，４２２も、第１の実施の形態のひずみゲージコート層２２１，２２２と同様に形成される。
【００３６】
ここで、ひずみゲージ回路４０１，４０２は、パワー半導体素子１５１，１５２の近傍の銅ベース基板１３０のひずみ量を測定する。パワー半導体素子１５１，１５２と銅ベース基板１３０（回路パターン１２１，１２２）とは、半田層Ａ１４１，１４２を介して接合されている。したがって、パワー半導体素子１５１，１５２の近傍の銅ベース基板１３０では、パワー半導体素子１５１，１５２の接合部半田層に熱応力などによって生じたひずみ量に応じたひずみが発生する。ひずみゲージ回路４０１，４０２は、このひずみ量を測定する。
【００３７】
ひずみゲージ回路４０１，４０２は、ひずみゲージ回路２０１と同様に、ゲージリード５１１，５１２を介して図３に示したひずみゲージ回路の信号処理部に接続される。ひずみ演算回路２５３では、予め、パワーサイクル試験時に、ひずみゲージ回路４０１，４０２が測定したひずみ量に基づいて正常動作範囲を予測する。また、故障検出回路２５４は、予測された正常動作範囲と、ひずみゲージ回路４０１，４０２の測定したひずみ量とを比較して故障検出を行う。信号出力回路２５５は、故障検出回路２５４の検出結果に基づいて、保護指令、ひずみ報知信号、故障報知信号を出力する。
【００３８】
このように、第２の実施の形態によれば、パワー半導体素子１５１，１５２の接合部半田層（半田層Ａ１４１，１４２と半田層Ｂ１６１，１６２）に発生した熱応力などによるパワー半導体素子１５１，１５２近傍の銅ベース基板１３０のひずみ量が測定される。そして、第１の実施の形態と同様に、このひずみ量によってパワー半導体素子１５１，１５２の疲労特性の状況を監視し、予防保全的な対策を行うことが可能となる。
［第３の実施の形態］
第１及び第２の実施の形態では、ひずみゲージ回路２０１，２０２，４０１，４０２を電気的絶縁物で形成されるベース上に抵抗箔を配置して形成するとしたが、第３の実施の形態では、市販品のひずみゲージを使用してひずみゲージ回路を形成する。
【００３９】
図５は、第３の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。図は、第２の実施の形態のひずみゲージ回路４０１，４０２を、第３の実施の形態のひずみゲージ回路５０１，５０２に置き換えた例を示している。
【００４０】
ひずみゲージ回路５０１，５０２は、市販のひずみゲージが接着剤からなる接着材層５３１，５３２を介して銅ベース基板１３０に接合される。ひずみゲージ回路５０１，５０２が配置されるのは、第２の実施の形態と同様に、銅ベース基板１３０上のパワー半導体素子１５１，１５２の近傍に形成される。また、ゲージリード５１１，５１２を介してひずみゲート回路の信号処理部に接続され、故障検出などの信号処理が行われることは、第１及び第２の実施の形態と同様である。
【００４１】
市販のひずみゲージは、例えば、共和電業（株）のＫＦＨ型のひずみゲージを使用し、接着剤にはエポキシ系耐熱接着剤を使用する。硬化条件は、１５０℃、２時間である。また、ここでは、ひずみゲージコート層５２１，５２２には、フッ素ゴム系のコート材で、例えば、日産化学（株）のＦＲコートを使用する。硬化乾燥は、一次が８０℃、２時間、二次が１５０℃、１時間で行う。
【００４２】
このように、第３の実施の形態によれば、パワー半導体素子１５１，１５２の接合部半田層（半田層Ａ１４１，１４２と半田層Ｂ１６１，１６２）に発生した熱応力などに応じたパワー半導体素子１５１，１５２近傍の銅ベース基板１３０のひずみ量が測定される。そして、第２の実施の形態と同様に、このひずみ量によってパワー半導体素子１５１，１５２の疲労特性の状況を監視し、予防保全的な対策を行うことが可能となる。
【００４３】
なお、上記では、第２の実施の形態のひずみゲージ回路に市販のひずみゲージを用いるとしたが、第１の実施の形態のひずみゲージ回路に市販のひずみゲージを用いるとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。
【図２】ひずみゲージ回路の一例を示した図である。
【図３】ひずみゲージ回路の信号処理部の回路構成の一例を示した図である。
【図４】第２の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。
【図５】第３の実施の形態のパワーモジュールの断面図である。
【図６】従来のパワー半導体装置の構造の概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１０  絶縁層
１２１，１２２  回路パターン
１３０  銅ベース基板
１４１，１４２  半田層Ａ
１５１，１５２  パワー半導体素子
１６１，１６２  半田層Ｂ
１７１，１７２  リードフレーム
１８１，１８２  主端子
２０１，２０２  ひずみゲージ回路
２１１，２１２  ゲージリード
２２１，２２２  ひずみゲージコート層
３００  ケース
３１０  フタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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