(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力モジュールの半導体ダイのインターフェースにおいて劣化が発生しているか否かを判断するシステムであって、
前記電力モジュールは、基板と少なくとも１つの電気機械トランスデューサーとを更に備え、
前記半導体ダイ及び前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーは前記基板の上に配置されるか又は該基板内に埋め込まれ、
前記半導体ダイはインターフェースを通して前記基板に相互接続され、
該システムは、
少なくとも１つの電気ＡＣ信号を前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに転送する手段と、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを測定する手段と、
前記測定する手段によって測定された前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを、所定値と比較する手段と、
前記比較する手段による比較結果に従って、前記半導体ダイを前記基板に相互接続するための前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断する手段と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電気ＡＣ信号は、前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに複数の連続した回数転送され、
前記システムは、測定されたインピーダンスに対して統計を行って前記比較を無効にする手段を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
統計値が高度の差異を示す場合、測定の信頼性の欠如を示す手段を備える
ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電力モジュールは、前記電気機械トランスデューサーと１つの半導体ダイとの間に導波管を更に備える
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記電力モジュールは、複数の半導体ダイと単一の電気機械トランスデューサーとを備え、
少なくとも１つの電気信号が、前記単一の電気機械トランスデューサーに転送される
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記電力モジュールは、複数の半導体ダイと各半導体ダイに対して１つの電気機械トランスデューサーとを備え、
少なくとも１つの電気ＡＣ信号が各電気機械トランスデューサーに逐次転送され、各電気機械トランスデューサーのインピーダンスが測定され、各測定されたインピーダンスは１つの所定値と比較され、比較結果に従って、１つのインターフェースにおいて劣化が発生しているという判断が行われる
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
周波数範囲をカバーする異なる周波数での複数の電気ＡＣ信号が、前記電気機械トランスデューサーに転送され、該電気機械トランスデューサーのインピーダンスは、各周波数で測定される
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記インピーダンスの実数部のみが前記比較に使用される
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記比較は、二次距離比較若しくは相互相関関数、又は平均絶対かい離率関数、又は共分散変化関数を用いて行われる
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記比較結果に従って、前記半導体ダイの前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断する前記手段は、前記電力モジュールの残りの寿命を更に求める
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記残りの寿命は、所定のインピーダンス値と或る時間にわたって測定されたインピーダンス値展開との間の劣化の数学的距離の線形外挿を用いて、及び前記線形外挿と距離閾値との間の交差点の計算によって計算される
ことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
電力モジュールの半導体ダイのインターフェースにおいて劣化が発生しているか否かを判断する方法であって、
前記電力モジュールは、基板と少なくとも１つの電気機械トランスデューサーとを更に備え、
前記半導体ダイ及び前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーは前記基板の上に配置されるか又は該基板内に埋め込まれ、
前記半導体ダイはインターフェースを通して前記基板に相互接続され、
該方法は、
少なくとも１つの電気ＡＣ信号を前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに転送するステップと、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを測定するステップと、
前記測定するステップで測定された前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを、所定値と比較するステップと、
前記比較するステップでの比較結果に従って、前記半導体ダイを前記基板に相互接続するための前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、電力モジュールの半導体ダイのインターフェースにおいて劣化が発生しているか否かを判断する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力モジュールは、基板に配置されかつインターフェースを介して基板に相互接続される、１つ又は複数のダイから構成される。
【０００３】
電力モジュールの動作中、インターフェースは応力を受け、それにより、はんだ付け材料の亀裂又は分解等の劣化が発生する可能性がある。
【０００４】
劣化により、電力モジュールの構造の品質が低下し、電力モジュールの動作寿命が短縮される。
【０００５】
電力モジュールの突然の破損により、電力モジュールが埋め込まれているデバイスの動作が中断される可能性がある。
【０００６】
例えば、電力モジュールが洋上風車に組み込まれている場合、洋上風車の保守を計画するために、電力モジュールの正常性（health）を監視することが有用となる。
【０００７】
電力モジュールが列車に組み込まれる場合、同じことが起こる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、電力モジュールのインターフェースにおける劣化を通知するために、パワー半導体の構造における故障の出現を検出しようとするものである。
【０００９】
このために、本発明は、電力モジュールの半導体ダイのインターフェースにおいて劣化が発生しているか否かを判断するシステムであって、前記電力モジュールは、基板と少なくとも１つの電気機械トランスデューサーとを更に備え、前記半導体ダイ及び前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーは前記基板の上に配置されるか又は該基板内に埋め込まれ、該システムは、
少なくとも１つの電気信号を前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに転送する手段と、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを測定する手段と、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを所定値と比較する手段と、
前記比較結果に従って、前記半導体ダイの前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断する手段と、
を備える、システムに関する。
【００１０】
本発明は、また、電力モジュールの半導体ダイのインターフェースにおいて劣化が発生しているか否かを判断する方法であって、前記電力モジュールは、基板と少なくとも１つの電気機械トランスデューサーとを更に備え、前記半導体ダイ及び前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーは前記基板の上に配置されるか又は該基板内に埋め込まれ、該方法は、
少なくとも１つの電気信号を前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに転送するステップと、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを測定するステップと、
前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーのインピーダンスを所定値と比較するステップと、
前記比較結果に従って、前記半導体ダイの前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断するステップと、
を含む、方法に関する。
【００１１】
したがって、半導体ダイのインターフェースにおける劣化の出現及び伝播を検出することができる。
【００１２】
特定の特徴によれば、前記少なくとも１つの電気信号は、前記少なくとも１つの電気機械トランスデューサーに複数の連続した回数転送され、前記システムは、測定されたインピーダンスに対して統計を行って、統計値が高度の差異を示す場合、前記比較を無効にする手段を更に備える。
【００１３】
したがって、劣化検出の結果は、その信頼性が十分に高くない場合、無視することができる。
【００１４】
特定の特徴によれば、統計値が高度の差異を示す場合、システムは、測定の信頼性の欠如を示す手段を備える。
【００１５】
特定の特徴によれば、前記電力モジュールは、前記電気機械デバイスと１つの半導体ダイとの間に導波管を更に備える。
【００１６】
したがって、電気機械センサーとダイインターフェースとの間の結合が改善される。
【００１７】
特定の特徴によれば、前記電力モジュールは、複数の半導体ダイと単一の電気機械トランスデューサーとを備え、少なくとも１つの電気信号が、前記単一の電気機械トランスデューサーに転送される。
【００１８】
したがって、単一の電気機械センサーを用いて、幾つかのダイのインターフェースが監視される。
【００１９】
特定の特徴によれば、前記電力モジュールは、複数の半導体ダイと各半導体ダイに対して１つの電気機械トランスデューサーとを備え、少なくとも１つの電気信号が各電気機械トランスデューサーに逐次転送され、各電気機械トランスデューサーのインピーダンスが測定され、各測定されたインピーダンスは１つの所定値と比較され、該比較結果に従って、１つのインターフェースにおいて劣化が発生しているという判断が行われる。
【００２０】
したがって、各ダイインターフェースが別個に監視され、劣化位置を特定することができる。
【００２１】
特定の特徴によれば、周波数範囲をカバーする異なる周波数での複数の信号が、前記電気機械トランスデューサーに転送され、該電気機械トランスデューサーのインピーダンスは、各周波数で測定される。
【００２２】
したがって、１つ又は幾つかの周波数で劣化の影響を検出することができる。
【００２３】
特定の特徴によれば、前記インピーダンスの実数部のみが前記比較に使用される。
【００２４】
したがって、電気機械センサーの容量性及び／又は誘導性挙動を破棄することができ、結果は、電力モジュールの機械的構造の変化の存在に対してより感度が高くなる。
【００２５】
特定の特徴によれば、前記比較は、二次距離比較若しくは相互相関関数、又は平均絶対かい離率関数、又は共分散変化関数を用いて行われる。
【００２６】
したがって、所定値と測定値との間の距離を計算することができ、インターフェースにおける劣化の存在及びサイズを評価することができる。
【００２７】
特定の特徴によれば、前記比較結果に従って、前記半導体ダイの前記インターフェースにおいて劣化が発生していると判断する前記手段は、前記電力モジュールの残りの寿命を更に求める。
【００２８】
したがって、故障を回避し、デバイスのライフサイクルコストを最適化するように、ジャストインタイムの予防的な保守を実現することができる。
【００２９】
特定の特徴によれば、前記残りの寿命は、所定のインピーダンス値と或る時間にわたって測定されたインピーダンス値展開との間の劣化の数学的距離の線形外挿を用いて、及び前記外挿と距離閾値との間の交差点の計算によって計算される。
【００３０】
したがって、幾つかの測定値から、寿命の終わりを容易に評価することができる。
【００３１】
本発明の特性は、例示の実施形態の以下の説明を読むことから更に明らかになり、その説明は添付の図面を参照しながら行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムのアーキテクチャの第１の例を表す図である。
【図１ｂ】少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムのアーキテクチャの第２の例を表す図である。
【図２ａ】本発明による電気機械トランスデューサーを備える電力モジュールのトポロジーの第１の例を表す図である。
【図２ｂ】本発明による電気機械トランスデューサーを備える電力モジュールのトポロジーの第２の例を表す図である。
【図３】本発明による劣化監視デバイスのアーキテクチャの一例を表す図である。
【図４ａ】電力モジュールのトポロジーの第１の例における劣化監視デバイスの入出力インターフェースのアーキテクチャの一例を表す図である。
【図４ｂ】電力モジュールのトポロジーの第２の例における劣化監視デバイスの入出力インターフェースのアーキテクチャの一例を表す図である。
【図５】電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化の存在による電気機械トランスデューサーのインピーダンス変動の例を表す図である。
【図６】本発明による劣化監視デバイスによって実行されるアルゴリズムの一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１ａは、少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムのアーキテクチャの第１の例を表す。
【００３４】
少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムは、劣化監視デバイス１００と電力モジュール１０ａとから構成されている。
【００３５】
電力モジュール１０ａは、ダイＤａと電気機械トランスデューサーＴａとから構成されている。ダイＤａ及び電気機械トランスデューサーＴａは、プリント回路基板１０３（ＰＣＢ）に埋め込まれている。例えば、ＰＣＢは、ＦＲ−４グレード指定を有する。ＦＲ−４は、エポキシ樹脂バインダーとともにガラス繊維織布から構成された複合材料である。
【００３６】
ダイＤａは、基板メタライゼーション部１０２への第１の相互接続部１０７ｂを有する。相互接続部１０７ｂ及びメタライゼーション部１０２は、ダイＤａの第１のインターフェースである。メタライゼーション部１０２は、例えば、銅から構成される。相互接続部１０７ｂは、例えば、はんだ付け又は焼結によって実現される。劣化は、メタライゼーション部１０２又は相互接続部１０７ｂのいずれかで発生する可能性がある。
【００３７】
ＰＣＢ１０３の下側は、第２の基板メタライゼーション部１０４である。
【００３８】
相互接続部１０７ａ及びメタライゼーション部１０４は、ダイＤａの第２のインターフェースである。メタライゼーション部１０４は、例えば、銅から構成される。相互接続部１０７ａは、例えば、はんだ付け又は焼結によって実現される。劣化は、メタライゼーション部１０４及び／又は相互接続部１０７ａで発生する可能性がある。電気機械トランスデューサーＴａは、相互接続部１０８ｂを通して基板メタライゼーション部１０１に接続される。
【００３９】
電気機械トランスデューサーＴａは、相互接続部１０８ａを通して基板メタライゼーション部１０４に接続される。
【００４０】
メタライゼーション部１０１及び１０４は、例えば、銅から構成され、相互接続部１０８ａ及び１０８ｂを介してＴａに電気的にかつ機械的に接続される。通常、電気機械トランスデューサーＴａは、メタライゼーション部１０１及び１０４にはんだ付けされるか又は焼結される。
【００４１】
電気機械トランスデューサーＴａはまた、糊、ねじ、ばね、はんだ又は焼結等、機械的接着材を用いて基板１０３に取り付けることもできる。電気機械トランスデューサーＴａは、粘稠液に埋め込むことができ、図１ａの例では、ＰＣＢ１０３内に埋め込まれている。
【００４２】
例えば、電気機械トランスデューサーＴａは、ダイＤａ自体と同じプロセスを用いて電力モジュールの基板に取り付けられ、ダイＤａから例えば１ｃｍ未満のようにダイＤａの付近に配置される。
【００４３】
電力モジュール１０ａは、ＰＣＢが実装されるベースプレート１０５とヒートシンク１０６とを備える。
【００４４】
電気機械トランスデューサーＴａは、メタライゼーション部１０１及び１０４を通して劣化監視デバイス１００に接続される。
【００４５】
電気機械トランスデューサーＴａは、所与の周波数範囲内で電気的及び機械的インターフェースにおける電気的及び機械的特性を共形的に写像するサブアセンブリである。電気機械トランスデューサーＴａは種々の種類とすることができる。
【００４６】
電気機械トランスデューサーＴａは、少なくとも電歪材料から構成されたサブアセンブリとすることができる。セラミックコンデンサー等の圧電デバイスが、こうしたサブアセンブリの一例である。
【００４７】
電気機械トランスデューサーＴａは、少なくとも磁歪材料から構成されたサブアセンブリとすることができる。磁化コイル及び磁歪強磁性材料から構成されたインダクターが、こうしたサブアセンブリの一例である。
【００４８】
電気機械トランスデューサーＴａは、専用の微小電気機械システムとすることができる。
【００４９】
図１ｂは、少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムのアーキテクチャの第２の例を表す。
【００５０】
少なくとも１つのダイを備える電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化を監視するシステムは、劣化監視デバイス１００と電力モジュール１０ｂとから構成されている。
【００５１】
電力モジュール１０ｂは、ダイＤｂと電気機械トランスデューサーＴｂとから構成されている。ダイＤｂ及び電気機械トランスデューサーＴａは、基板１１１の上に配置され、基板１１１の表面はメタライゼーション層１１０を備える。例えば、ＰＣＢは、ＦＲ−４グレード指定を有し、又はセラミックから構成される。
【００５２】
ダイＤｂは、基板メタライゼーション部１１０への第１の相互接続部１１７ｂを有する。相互接続部１１７ｂ及びメタライゼーション部１１０は、ダイＤｂの第１のインターフェースである。メタライゼーション部１１０は、例えば、銅から構成される。相互接続部１１７ｂは、例えば、はんだ付け又は焼結によって実現される。劣化は、メタライゼーション部１１０又は相互接続部１１７ｂのいずれかで発生する可能性がある。
【００５３】
相互接続部１１７ａ及びメタライゼーション部１１０は、ダイＤｂの第２のインターフェースである。メタライゼーション部１１０は、例えば、銅から構成される。相互接続部１１７ａは、例えば、はんだ付け又は焼結によって実現される。劣化は、メタライゼーション部１１０及び／又は相互接続部１１７ａで発生する可能性がある。
【００５４】
電気機械トランスデューサーＴｂは、相互接続部１１８ａ及び１０８ｂを通して基板メタライゼーション部１１０に接続される。
【００５５】
メタライゼーション部１０１は、例えば、銅から構成され、相互接続部１１８ａ及び１１８ｂを介してＴｂに電気的にかつ機械的に接続される。通常、電気機械トランスデューサーＴｂは、メタライゼーション部１１０にはんだ付けされるか又は焼結される。
【００５６】
電気機械トランスデューサーＴｂはまた、糊、ねじ、ばね、はんだ又は焼結等、機械的接着材を用いて基板１１１に取り付けることもできる。電気機械トランスデューサーＴｂは、粘稠液に埋め込むことができる。
【００５７】
例えば、電気機械トランスデューサーＴｂは、ダイＤｂ自体と同じプロセスを用いて電力モジュール１０ｂの基板１１０に取り付けられ、ダイＤａから例えば１ｃｍ未満のようにダイＤｂの付近に配置される。
【００５８】
電力モジュール１０ｂは、基板１１１が実装されるベースプレート１１２とヒートシンク１１３とを備える。
【００５９】
電気機械トランスデューサーＴｂは、メタライゼーション部１１０を通して劣化監視デバイス１００に接続される。
【００６０】
電気機械トランスデューサーＴｂは、所与の周波数範囲内で電気的及び機械的インターフェースにおける電気的及び機械的特性を共形的に写像するサブアセンブリである。電気機械トランスデューサーＴｂは種々の種類とすることができる。
【００６１】
電気機械トランスデューサーＴｂは、少なくとも電歪材料から構成されたサブアセンブリとすることができる。セラミックコンデンサー等の圧電デバイスが、こうしたサブアセンブリの一例である。
【００６２】
電気機械トランスデューサーＴｂは、少なくとも磁歪材料から構成されたサブアセンブリとすることができる。磁化コイル及び磁歪強磁性材料から構成されたインダクターが、こうしたサブアセンブリの一例である。
【００６３】
電気機械トランスデューサーＴａは、専用の微小電気機械システムとすることができる。
【００６４】
図２ａは、本発明による電気機械トランスデューサーを備える電力モジュールのトポロジーの第１の例を表す。
【００６５】
図２ａの例では、１つの電気機械トランスデューサーＴ１が、複数のダイＤ１〜Ｄ４のインターフェースにおける劣化を監視する。
【００６６】
電気機械トランスデューサーＴ１は、ダイＤ１〜Ｄ４の付近に配置される。
【００６７】
電気機械トランスデューサーＴ１の振動の伝播を促進するために、電気機械トランスデューサーＴ１と各ダイＤ１〜Ｄ４との間に、導波管Ｗ１〜Ｗ４がそれぞれ設けられる。導波管Ｗ１〜Ｗ４は、電気機械トランスデューサーＴ１とダイＤ１〜Ｄ４との間の機械的結合を向上させる。
【００６８】
図２ｂは、本発明による電気機械トランスデューサーを備える電力モジュールのトポロジーの第２の例を表す。
【００６９】
図２ｂの例では、１つの電気機械トランスデューサーが、１つのダイのインターフェースにおける劣化を監視する。
【００７０】
電気機械トランスデューサーＴ５は、ダイＤ５のインターフェースにおける劣化を監視し、電気機械トランスデューサーＴ６は、ダイＤ６のインターフェースにおける劣化を監視し、電気機械トランスデューサーＴ７は、ダイＤ７のインターフェースにおける劣化を監視し、電気機械トランスデューサーＴ８は、ダイＤ６、電気機械トランスデューサーＴ８のインターフェースにおける劣化を監視する。
【００７１】
図３は、本発明による劣化監視デバイスのアーキテクチャの一例を表す。
【００７２】
劣化監視デバイス１００は、例えば、バス３０１によって共に接続されたコンポーネントに基づくアーキテクチャと、図６に開示されているようなプログラムによって制御されるプロセッサ３００とを有する。
【００７３】
バス３０１は、プロセッサ３００を、リードオンリーメモリＲＯＭ３０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ３０３、入出力Ｉ／Ｏ  ＩＦインターフェース３０５及び通知手段３０７にリンクする。
【００７４】
メモリ３０３は、図６に開示されているようなアルゴリズムに関連するプログラムの変数及び命令を受信するように意図されたレジスタを含む。
【００７５】
プロセッサ３００は、入出力Ｉ／Ｏ  ＩＦ３０５を通して、所与の周波数で少なくとも１つの信号を生成し、又は異なる周波数で複数の信号を生成し、各周波数における電気機械センサーのインピーダンスを求めることを可能にするために、生成した信号に応じて、電圧測定値及び電流測定値を受け取る。
【００７６】
プロセッサ３００は、電力モジュールの損傷のレベルを通知するために通知手段３０７に命令することができ、又は電力モジュールの寿命予想を通知するために通知手段３０７に命令することができる。
【００７７】
リードオンリーメモリ、又は場合によっては、フラッシュメモリ３０２は、図６に開示されているような、劣化監視デバイス１００が電源オンされているときの、ランダムアクセスメモリ３０３に対するアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含む。
【００７８】
通知手段３０７は、電力モジュールの予測される残りの寿命を示す光インジケーター又は情報とすることができる。通知手段は、監視されている電力モジュールに関連する情報を転送する通信手段を備えることができる。
【００７９】
劣化監視デバイス１００は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）若しくはマイクロコントローラ等のプログラム可能なコンピューティングマシンによって、１組の命令若しくはプログラムの実行によってソフトウェアにおいて実施することができるか、又はそうでない場合、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等のマシン又は専用コンポーネントによってハードウェアにおいて実施することができる。
【００８０】
換言すれば、劣化監視デバイス１００は、図６に開示されているようなアルゴリズムに関連したプログラムを劣化監視デバイス１００に実行させる、回路、又は回路を含むデバイスを備える。
【００８１】
図４ａは、電力モジュールのトポロジーの第１の例における劣化監視デバイスの入出力インターフェースのアーキテクチャの例を表す図である。
【００８２】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器Ｃｏｎｄ４０２を備える。
【００８３】
信号調整器４０２は、周波数を変更することができる発振器、又はプロセッサ３００によって提供されるアナログ若しくはデジタル信号を増幅する増幅器、又はプロセッサ３００によって提供されるデジタル信号の高調波を除去するフィルターとすることができる。
【００８４】
信号調整器４０２によって提供される信号は、端子が４０６及び４０７に接続されている電気機械トランスデューサーＴに供給される。
【００８５】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器４０２によって電気機械トランスデューサーＴに提供される信号の電流を測定する電流センサー４０３を備える。
【００８６】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器４０２によって電気機械トランスデューサーＴに提供される信号の電圧を測定する電圧センサー４０５を備える。
【００８７】
検知された電流及び電圧は、アナログデジタル変換器ＡＤＣ４０１に提供される。
【００８８】
図４ｂは、電力モジュールのトポロジーの第２の例における劣化監視デバイスの入出力インターフェースのアーキテクチャの一例を表す。
【００８９】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器Ｃｏｎｄ４５２を備える。
【００９０】
信号調整器４５２は、周波数を変更することができる発振器、又はプロセッサ３００によって提供されるアナログ若しくはデジタル信号を増幅する増幅器、又はプロセッサ３００によって提供されるデジタル信号の高調波を除去するフィルターとすることができる。
【００９１】
信号調整器４５２によって提供される信号は、マルチプレクサー４５６に供給される。
【００９２】
マルチプレクサー４５６は、プロセッサ３００によって生成されるコマンドに従って、信号調整器４５２によって出力される信号を電気機械トランスデューサーＴ５〜Ｔ８の各々に逐次提供する。
【００９３】
マルチプレクサー４５６によって提供される信号は、端子が４５７及び４５８に接続されている電気機械トランスデューサーＴ５に供給される。
【００９４】
マルチプレクサー４５６によって提供される信号は、端子が４５９及び４６０に接続されている電気機械トランスデューサーＴ６に供給される。
【００９５】
マルチプレクサー４５６によって提供される信号は、端子が４６１及び４６２に接続されている電気機械トランスデューサーＴ７に供給される。
【００９６】
マルチプレクサー４５６によって提供される信号は、端子が４６３及び４６４に接続されている電気機械トランスデューサーＴ８に供給される。
【００９７】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器４５２によって電気機械トランスデューサーＴ５〜Ｔ８に提供される信号の電流を測定する電流センサー４５３を備える。
【００９８】
入出力インターフェース３０５は、信号調整器４５２によって電気機械トランスデューサーＴ５〜Ｔ８に提供される信号の電圧を測定する電圧センサー４５５を備える。
【００９９】
検知された電流及び電圧は、アナログ／デジタル変換器ＡＤＣ４５１に提供される。
【０１００】
図５は、電力モジュールの少なくとも１つのインターフェースにおける劣化の存在による電気機械トランスデューサーのインピーダンス変動の例を表す図である。
【０１０１】
横軸は、信号調整器４０２又は４５２によって提供される信号の周波数範囲を表し、縦軸は、電気機械トランスデューサーのインピーダンスの実数部を表す。
【０１０２】
電気機械トランスデューサーのインピーダンスは、プロセッサ３００によって、測定された電圧及び電流から求められる。
【０１０３】
太い曲線は、検知されたダイの１つのインターフェースに劣化がない場合の電気機械トランスデューサーのインピーダンス変動を表す。
【０１０４】
長い点線の曲線は、検知されたダイの１つのインターフェースに２ｍｍの劣化、より厳密には亀裂がある場合の電気機械トランスデューサーのインピーダンス変動を表す。
【０１０５】
短い点線の曲線は、検知されたダイの１つのインターフェースに４ｍｍの劣化、より厳密には亀裂がある場合の電気機械トランスデューサーのインピーダンス変動を表す。
【０１０６】
図６は、本発明による劣化監視デバイスによって実行されるアルゴリズムの一例を表す。
【０１０７】
より厳密には、本アルゴリズムは、プロセッサ３００によって実行される。
【０１０８】
ステップＳ６０において、プロセッサ３００は、電気機械トランスデューサーＴのインピーダンスの測定を行うべきときであるか否かを判断する。
【０１０９】
電気機械トランスデューサーのインピーダンスの測定を行うべきときである場合、プロセッサ３００はステップＳ６１に進む。
【０１１０】
例えば、プロセッサ３３０は、最後のインピーダンス測定から経過した時間、及び／又は最後のインピーダンス測定からの振動の温度変動、ダイの温度、ダイが受ける振動のレベル、及び／又は電力モジュールの作動モード若しくはアイドルモードにおける又は単にプロセッサ３００の各起動時における状態として定義される応力サイクルの数等のパラメーターに関する情報に基づいて、電気機械トランスデューサーのインピーダンスの測定を行うべきときであると判断する。
【０１１１】
例えば、プロセッサ３００は、毎日、電力モジュールの温度が既知でありかつ安定しているとき、及び／又は外部振動のない場合に、電気機械トランスデューサーのインピーダンスの測定を行うべきときであると判断する。
【０１１２】
例えば、電力モジュールが洋上風車に含まれている場合、インピーダンス測定は、風車が停止する度に、最後の測定からの応力サイクルの数が事前定義された閾値を超える場合に行われる。
【０１１３】
測定手順を行うべきときである場合、プロセッサ３００は、測定手順を行うために入出力インターフェース３０５に命令する。
【０１１４】
ステップＳ６１では、プロセッサ３００は、測定手順を開始する。測定手順は、所定周波数での単一信号の生成とすることができる。所定周波数は、例えば、インターフェースには劣化が存在しない場合の、電力モジュールに配置された電気機械トランスデューサーの共振周波数であり、又は、１つのインターフェースに所定距離の劣化が存在する場合の、電力モジュールに配置された電気機械トランスデューサーの共振周波数である。単一信号は、１回、又は所定の持続時間だけ間隔が空けられたＮ回（Ｎ＞１）行われる測定値とすることができる。
【０１１５】
測定手順は、異なる周波数での複数の信号の生成とすることができる。周波数は、電気機械トランスデューサーの異なるあり得る共振周波数を表す周波数範囲をカバーする。周波数範囲における測定は、１回、又は所定の持続時間だけ間隔が空けられたＮ回（Ｎ＞１）、実行することができる。複数のダイが単一の電気機械トランスデューサーによって監視される場合、測定手順は、各ダイに対して同時に実行される。
【０１１６】
複数のダイが複数の電気機械トランスデューサーによって監視される場合、測定手順は各ダイに対して逐次実行される。信号は、正弦波とすることができる。
【０１１７】
測定がＮ回行われる場合、プロセッサ３００は、平均値関数又は中央値関数等の関数を用いて統計的サンプリングを低減させる。統計的サンプリングが、広範な統計的分布のような高度の差異を示す場合、プロセッサ３００は、新たな測定手順の生成を命令することができる。
【０１１８】
次のステップＳ６２では、プロセッサ３００は、損傷に関する情報、すなわち、劣化の存在及び最終的には劣化の幅を取得する。
【０１１９】
測定がＮ回行われ、統計的サンプリングが、広範な統計的分布のような高度な差異を示す場合、プロセッサ３００は、測定の信頼性が低いと判断することができ、ステップＳ６０に戻ることができるか、又は、プロセッサ３００は、通知手段に対して測定の信頼性の欠如を示すように命令する。
【０１２０】
損傷に関する情報を取得するために、プロセッサ３００はデータ処理を行う。
【０１２１】
プロセッサ３００は、測定ステップに従って、単一周波数で又は複数の周波数で電気機械トランスデューサーのインピーダンスを求める。
【０１２２】
プロセッサ３００は、測定ステップに従って、単一周波数で又は複数の周波数で電気機械トランスデューサーのインピーダンスの実数部を求めることができる。
【０１２３】
プロセッサ３００は、求めたインピーダンスを、電力モジュールのその正常な状態における初期インピーダンス測定値と比較する。初期インピーダンスは、本アルゴリズムの最初の実行中に取得することができ、又は、電力モジュールに対して保守点検／動作が行われる度に取得することができる。
【０１２４】
異なる温度で複数の初期インピーダンスを取得することができる。プロセッサ３００は、ステップＳ６１における測定手順が行われるときに、電力モジュールの温度に対応する初期インピーダンスを選択する。
【０１２５】
比較は、S. Kullback, Information theory and statistics, John Wiley and Sons, NY, 1959の論文に開示されているような修正カルバック・ライブラー関数等、測定されたインピーダンスを初期インピーダンスと比較するために用いられる二乗平均平方根偏差又は距離メトリック等の二次距離、又は相互相関関数、又は平均絶対かい離率関数、又は共分散変化関数とすることができる。
【０１２６】
プロセッサ３００は、所定インピーダンスと初期インピーダンスとの間の距離を閾値と比較する。距離が閾値より大きい場合、電力モジュールのインターフェースに劣化が存在する。
【０１２７】
次のステップＳ６３では、プロセッサ３００は、通知を行う必要があるか否かを確認する。
【０１２８】
距離が閾値より大きい場合、通知を行わなければならない。
【０１２９】
通知を行う必要がある場合、プロセッサ３００はステップＳ６４に進む。そうでない場合、プロセッサ３００はステップＳ６０に戻り、後に、別の測定が行われる。
【０１３０】
ステップＳ６４では、プロセッサ３００は、電力モジュールの少なくとも１つのダイにおいて損傷が発生したことを通知するために、通知手段に命令する。
【０１３１】
変形形態では、残りの寿命が、例えば、所定のインピーダンス値と或る時間にわたって測定されたインピーダンス値展開との間の計算された劣化の数学的距離の線形外挿を用いることによって計算され、残りの寿命は、距離の外挿曲線と距離閾値との間の交差点の計算によって取得される。
【０１３２】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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