(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験装置であって、
前記試験デバイスに電力を印加するための電力印加部と、
前記電力印加部による電力印加および前記電力印加の停止を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの電力印加の開始時点から前記試験デバイスへの電力印加の終了時点までに亘って、前記電力印加部から前記試験デバイスに印加する電力値を時間経過に伴って増加させるように、前記電力印加部を制御する、パワーサイクル試験装置。
【請求項２】
各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割されており、
前記制御部は、前記単位印加時間の各々において前記電力印加部から前記試験デバイスに印加する電力値を段階的に増加させるように前記電力印加部を制御する、請求項１に記載のパワーサイクル試験装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記単位印加時間の各々における前記試験デバイスの温度上昇の目標値を設定し、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように前記電力印加部を制御する、請求項２に記載のパワーサイクル試験装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記目標値を線形的に増加するように設定し、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように前記電力印加部を制御する、請求項３に記載のパワーサイクル試験装置。
【請求項５】
試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験装置であって、
前記試験デバイスに電力を印加するための電力印加部と、
前記電力印加部による電力印加および前記電力印加の停止を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの印加電力値が電力印加の時間経過に伴い増加するように前記電力印加部を制御する試験モードと、
前記試験モードの前に、電力印加による前記試験デバイスの温度の時間変化に基づいて前記試験デバイスの熱抵抗及び熱容量を算出する確認モードと、を実行し、
各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割されており、
前記制御部は、前記単位印加時間の各々において前記印加電力値が段階的に増加するように前記電力印加部を制御すると共に、前記単位印加時間の各々において前記熱抵抗および前記熱容量に基づいて算出された電力が前記試験デバイスに印加されるように前記電力印加部を制御する、パワーサイクル試験装置。
【請求項６】
前記試験デバイスは、チップと、前記チップを収容するためのケースと、を含み、
前記ケース側から前記試験デバイスを加熱するための加熱部をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワーサイクル試験装置。
【請求項７】
試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験方法であって、
各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの電力印加の開始時点から前記試験デバイスへの電力印加の終了時点までに亘って、前記試験デバイスに印加する電力値を時間経過に伴って増加させるように、電力印加を行う試験モードが実行される、パワーサイクル試験方法。
【請求項８】
前記試験モードでは、各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスに印加する電力値を
段階的に増加させるように電力印加が行われる、請求項７に記載のパワーサイクル試験方法。
【請求項９】
前記試験モードでは、前記単位印加時間の各々における前記試験デバイスの温度上昇の目標値が設定され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように電力印加が行われる、請求項８に記載のパワーサイクル試験方法。
【請求項１０】
前記試験モードでは、前記目標値が線形的に増加するように設定され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように電力印加が行われる、請求項９に記載のパワーサイクル試験方法。
【請求項１１】
試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験方法であって、
各々の前記試験サイクルにおいて前記試験デバイスへの印加電力値が電力印加の時間経過に伴い増加するように電力印加を行う試験モードが実行され、
前記試験モードでは、各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割され、前記単位印加時間の各々において前記印加電力値が段階的に増加するように電力印加が行われ、
前記試験モードの前に、電力印加による前記試験デバイスの温度の時間変化に基づいて前記試験デバイスの熱抵抗および熱容量を算出する確認モードがさらに実行され、
前記試験モードでは、前記単位印加時間の各々において前記熱抵抗および前記熱容量に基づいて算出された電力が前記試験デバイスに印加される、パワーサイクル試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法に関し、より特定的には、ジャンクション温度とケース温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことが可能なパワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワー半導体デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルの繰り返しにより熱ストレスを与えてパワー半導体デバイスの寿命を評価するパワーサイクル試験が知られている。このパワーサイクル試験では、デバイスのジャンクション温度（Ｔｊ温度）またはケース温度（Ｔｃ温度）が下限値に到達したときに電力印加を開始し、上限値に到達したときに電力印加を停止することにより上記試験サイクルが繰り返される。特許文献１には、このパワーサイクル試験をサーマルサイクル試験に合わせて実行する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のパワーサイクル試験では、一定の電力を一定時間印加し続けることによりデバイスを発熱させる。このとき、Ｔｊ温度は急激に上昇する一方でＴｃ温度はＴｊ温度に比べて緩やかに上昇するため、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離が大きくなる。このような温度変化の条件下では、デバイスのチップとボンディングワイヤとの線膨張係数の差により発生する故障モードを再現することができる。しかし、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離が抑制されているにも関わらず発生する故障モードも存在しており、従来ではこのような故障モードを再現することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことが可能なパワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一局面に係るパワーサイクル試験装置は、試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験装置である。上記パワーサイクル試験装置は、前記試験デバイスに電力を印加するための電力印加部と、前記電力印加部による電力印加および前記電力印加の停止を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの電力印加の開始時点から前記試験デバイスへの電力印加の終了時点までに亘って、前記電力印加部から前記試験デバイスに印加する電力値を時間経過に伴って増加させるように、前記電力印加部を制御する。
【０００７】
上記パワーサイクル試験装置では、各々の試験サイクルにおいて、印加電力値が時間経過に伴い増加するように試験デバイスへの電力印加を行うことができる。そのため、従来のように一定の電力を一定時間印加し続ける場合とは異なり、デバイスのＴｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制することができる。したがって、上記パワーサイクル試験装置によれば、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことにより、従来では再現が困難であったデバイスの故障モードを再現することが可能になる。
【０００８】
上記パワーサイクル試験装置において、各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割されていてもよい。また、前記制御部は、前記単位印加時間の各々において前記電力印加部から前記試験デバイスに印加する電力値を段階的に増加させるように前記電力印加部を制御してもよい。
【０００９】
これにより、電力印加部から試験デバイスへの電力印加の制御をより容易に実行することができる。また、印加電力値を増加させるための制御部が複雑化しないという利点がある。
【００１０】
上記パワーサイクル試験装置において、前記制御部は、前記単位印加時間の各々における前記試験デバイスの温度上昇の目標値を設定し、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように前記電力印加部を制御してもよい。
【００１１】
これにより、試験デバイスの温度を前記目標値に向かってより短時間で変化させることが可能となり、所望の温度上昇のプロファイルにより近づけることができる。
【００１２】
上記パワーサイクル試験装置において、前記制御部は、前記目標値を線形的に増加するように設定し、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように前記電力印加部を制御してもよい。
【００１３】
これにより、試験デバイスの温度を電力印加時間の経過に伴って略線形的に上昇させることが可能となり、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離をより確実に抑制することができる。
【００１４】
本発明の他局面に係るパワーサイクル試験装置は、試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与える装置である。このパワーサイクル試験装置は、前記試験デバイスに電力を印加するための電力印加部と、前記電力印加部による電力印加および前記電力印加の停止を制御する制御部と、を備えている。前記制御部は、各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの印加電力値が電力印加の時間経過に伴い増加するように前記電力印加部を制御する試験モードと、前記試験モードの前に、電力印加による前記試験デバイスの温度の時間変化に基づいて前記試験デバイスの熱抵抗及び熱容量を算出する確認モードと、を実行する。各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割されている。前記制御部は、前記単位印加時間の各々において前記印加電力値が段階的に増加するように前記電力印加部を制御すると共に、前記単位印加時間の各々において前記熱抵抗および前記熱容量に基づいて算出された電力が前記試験デバイスに印加されるように前記電力印加部を制御する。
【００１５】
これにより、前記単位印加時間の各々において試験デバイスの温度をより確実に前記目標値に到達させることができる。
【００１６】
上記パワーサイクル試験装置において、前記試験デバイスは、チップと、前記チップを収容するためのケースと、を含んでいてもよい。また、上記パワーサイクル試験装置は、前記ケース側から前記試験デバイスを加熱するための加熱部をさらに備えていてもよい。
【００１７】
これにより、Ｔｃ温度をＴｊ温度に比べて相対的に上昇させることができる。その結果、Ｔｊ温度がＴｃ温度に比べて大きく上昇する場合でも、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離をより確実に抑制することができる。
【００１８】
本発明の一局面に係るパワーサイクル試験方法は、試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与えるパワーサイクル試験方法である。上記パワーサイクル試験方法では、各々の前記試験サイクルにおいて、前記試験デバイスへの電力印加の開始時点から前記試験デバイスへの電力印加の終了時点までに亘って、前記試験デバイスに印加する電力値を時間経過に伴って増加させるように、電力印加を行う試験モードが実行される。
【００１９】
上記パワーサイクル試験方法では、各々の試験サイクルにおいて、印加電力値が時間経過に伴い増加するように試験デバイスへの電力印加が行われる。そのため、従来のように一定の電力を一定時間印加し続ける方法とは異なり、デバイスのＴｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制することができる。したがって、上記パワーサイクル試験方法によれば、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことにより、従来では再現が困難であったデバイスの故障モードを再現することができる。
【００２０】
上記パワーサイクル試験方法において、前記試験モードでは、各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスに印加する電力値を段階的に増加させるように電力印加が行われてもよい。
【００２１】
これにより、試験デバイスへの電力印加の制御をより容易に実行することができる。
【００２２】
上記パワーサイクル試験方法において、前記試験モードでは、前記単位印加時間の各々における前記試験デバイスの温度上昇の目標値が設定され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように電力印加が行われてもよい。
【００２３】
これにより、試験デバイスの温度を前記目標値に向かってより短時間で変化させることが可能となり、所望の温度上昇のプロファイルにより近づけることができる。
【００２４】
上記パワーサイクル試験方法において、前記試験モードでは、前記目標値が線形的に増加するように設定され、前記単位印加時間の各々において前記試験デバイスの温度が前記目標値に到達するように電力印加が行われてもよい。
【００２５】
これにより、試験デバイスの温度を電力印加時間の経過に伴って略線形的に上昇させることが可能となり、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離をより確実に抑制することができる。
【００２６】
本発明の他局面に係るパワーサイクル試験方法は、試験デバイスへの電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、前記試験デバイスに繰り返し温度変化を与える方法である。この方法では、各々の前記試験サイクルにおいて前記試験デバイスへの印加電力値が電力印加の時間経過に伴い増加するように電力印加を行う試験モードが実行される。前記試験モードでは、各々の前記試験サイクルにおける電力印加時間が複数の単位印加時間に分割され、前記単位印加時間の各々において前記印加電力値が段階的に増加するように電力印加が行われる。前記試験モードの前に、電力印加による前記試験デバイスの温度の時間変化に基づいて前記試験デバイスの熱抵抗および熱容量を算出する確認モードがさらに実行される。また、前記試験モードでは、前記単位印加時間の各々において前記熱抵抗および前記熱容量に基づいて算出された電力が前記試験デバイスに印加される。
【００２７】
このように、確認モードを実行して試験デバイスの熱抵抗および熱容量を予め算出し、これに基づいて試験モードにおける印加電力値を算出することにより、前記単位印加時間の各々において試験デバイスの温度をより確実に前記目標値に到達させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことが可能なパワーサイクル試験装置およびパワーサイクル試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーサイクル試験装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＩＧＢＴモジュールの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るパワーサイクル試験方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】プリチェックモードにおけるデバイス温度の時間変化を示すグラフである。
【図５】試験モードにおけるデバイス温度の時間変化を示すグラフである。
【図６】比較例のパワーサイクル試験方法におけるデバイス温度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【００３１】
（パワーサイクル試験装置）
まず、本発明の一実施形態に係るパワーサイクル試験装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るパワーサイクル試験装置１の構成を模式的に示している。図２は、試験対象となるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール２の構成を模式的に示している。
【００３２】
図１を参照して、パワーサイクル試験装置１は、ＩＧＢＴモジュール２（試験デバイス）への電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、ＩＧＢＴモジュール２に繰り返し温度変化を与える装置である。パワーサイクル試験装置１は、電源部１０およびゲート制御部２０（電力印加部）と、加熱部３０と、制御コントローラ４０（制御部）と、定電流ユニット５０と、を主に有する。ＩＧＢＴモジュール２は、ＩＧＢＴチップ１１と、ＩＧＢＴチップ１１を収容するためのケース１８と、を有する。
【００３３】
電源部１０は、定電圧定電流（ＣＶ／ＣＣ）電源を含み、ＩＧＢＴチップ１１のコレクタ端子Ｃおよびエミッタ端子Ｅと接続されている。電源部１０は、制御部４０からの指令に基づいて、コレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間に所定の電圧（コレクタエミッタ間電圧：ＶＣＥ）を印加する。
【００３４】
ゲート制御部２０は、ＩＧＢＴチップ１１のゲート端子Ｇと接続されている。ゲート制御部２０は、制御部４０からの指令に基づいて、ゲート端子Ｇに所定の電圧（ゲート電圧：ＶＧ）を印加する。ゲート制御部２０により閾値電圧以上のゲート電圧ＶＧが印加された状態で電源部１０により所定のコレクタエミッタ間電圧ＶＣＥが印加されると、ＩＧＢＴチップ１１にストレス電流ＩＣが流れる。これにより、ＩＧＢＴチップ１１に所定の電力Ｐ（ＩＣ×ＶＣＥ）が印加される。
【００３５】
加熱部３０は、ＩＧＢＴモジュール２を載置可能な温度プレートであり、ヒータ３１が内蔵されている。ＩＧＢＴモジュール２は、ヒータ３１によりケース１８側から加熱される。なお、加熱部３０は、ケース１８側からＩＧＢＴモジュール２を加熱可能に構成されていればよく、ヒータ内蔵の温度プレートには限定されない。
【００３６】
定電流ユニット５０は、ＩＧＢＴチップ１１に一定のストレス電流ＩＣを流すためのものであり、シャント抵抗および差動アンプを含む。
【００３７】
制御コントローラ４０は、電源部１０、ゲート制御部２０、加熱部３０および定電流ユニット５０の各々と接続されており（図１中破線）、上記各部の動作を制御する。より具体的には、制御コントローラ４０からの指令により電源部１０およびゲート制御部２０を動作させることで、コレクタエミッタ間電圧ＶＣＥおよびゲート電圧ＶＧの印加が制御され、ＩＧＢＴチップ１１への電力印加およびその停止が制御される。また制御コントローラ４０からの指令により加熱部３０を動作させることで、ヒータ３１によりＩＧＢＴモジュール２がケース１８側から加熱される。
【００３８】
次に、ＩＧＢＴモジュール２の構成について、図２を参照して詳細に説明する。ＩＧＢＴモジュール２は、ＩＧＢＴチップ１１と、絶縁基板１２と、ベース板１３と、半田層１４，１５と、ボンディングワイヤ１７と、ケース１８と、を主に有する。ＩＧＢＴチップ１１は、半導体基板とその上に形成された絶縁膜および電極により構成され、半田層１４により絶縁基板１２上に接合されている。ＩＧＢＴチップ１１同士は、アルミニウムなどの材質からなるボンディングワイヤ１７により互いに接続されている。
【００３９】
絶縁基板１２は、ＩＧＢＴチップ１１とベース板１３とを互いに絶縁するためのものであり、セラミックスなどの材質からなる。絶縁基板１２は、半田層１５によりベース板１３上に接合されている。また、絶縁基板１２上には配線パターンが引かれており、当該配線パターンにボンディングワイヤ１７が接続されている。
【００４０】
ベース板１３は、ＩＧＢＴチップ１１の駆動により生じる熱を外部に放出するためのものであり、銅などの材質からなる放熱板である。ケース１８は、ＩＧＢＴチップ１１および絶縁基板１２を内部に収容するためのものであり、樹脂材料などからなる。ケース１８の内部は、ＩＧＢＴチップ１１の保護のためにシリコーンゲルなどが封入されている。
【００４１】
ＩＧＢＴチップ１１の発熱部の温度がＴｊ温度であり、ケース１８の表面温度がＴｃ温度である。Ｔｊ温度はゲート制御部２０（図１）に内蔵された計測システムにより測定され、Ｔｃ温度はケース１８に設けられた熱電対（図示しない）などにより測定される。
【００４２】
（パワーサイクル試験方法）
次に、上記パワーサイクル試験装置１を用いて行われる本実施形態に係るパワーサイクル試験方法の手順について説明する。上記パワーサイクル試験方法では、図３のフローチャートに示すように、プリチェックモード後、ＩＧＢＴモジュール２への電力印加およびその停止による試験サイクルを繰り返し、ＩＧＢＴモジュール２に繰り返し温度変化を与えることにより、所定の熱ストレスが与えられたときのデバイスの寿命が評価される。なお、試験サイクルの繰り返し回数は特に限定されるものではなく、試験条件に合わせて適宜設定可能である。
【００４３】
＜プリチェックモード（確認モード）＞
まず、ＩＧＢＴモジュール２固有の熱抵抗Ｒｔｈおよび熱容量Ｃｔｈを算出するプリチェックモードが実行される（図３：Ｓ１０）。まず、制御コントローラ４０からの指令に基づいて、ゲート制御部２０により所望のストレス電流ＩＣを流すためのゲート電圧ＶＧがＩＧＢＴチップ１１に印加され、かつ電源部１０により所定のコレクタエミッタ間電圧ＶＣＥがＩＧＢＴチップ１１に印加される。これにより、ＩＧＢＴチップ１１にストレス電流ＩＣが流れ、電力Ｐ（ＩＣ×ＶＣＥ）が消費される。
【００４４】
図４は、プリチェックモードにおけるＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度の時間変化を示しており、横軸は時間を示し、縦軸はＴｊ温度を示している。電力Ｐの印加によりＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度は時間経過に伴い非線形に上昇し、温度Ｔｊｓａｔにおいて飽和する。ＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度は、制御コントローラ４０からの指令に基づいて、ゲート制御部２０に内蔵された計測システムにより所定の時間間隔で測定される。
【００４５】
そして、電力印加の開始から時間ｔ１が経過した後にゲート電圧ＶＧの印加が停止される。その後、ＩＧＢＴモジュール２が冷却され、時間ｔ２に達した時点でプリチェックモードが終了する。このようにして、ＩＧＢＴモジュール２に対して一定の電力Ｐを一定時間印加し続けたときのＴｊ温度の時間変化が得られる。
【００４６】
次に、Ｔｊ温度の時間変化に基づいてＩＧＢＴモジュール２の熱抵抗Ｒｔｈ（℃／Ｗ）および熱容量Ｃｔｈ（Ｊ／℃）が算出される。具体的には、下記の式（１）において電力Ｐおよび電力Ｐの印加による温度上昇ΔＴがそれぞれ代入され、熱抵抗Ｒｔｈが算出される。また下記の式（２）において熱抵抗Ｒｔｈ、電力Ｐ、温度上昇ΔＴ（ｔ）および時間ｔがそれぞれ代入され、熱容量Ｃｔｈが算出される。
【００４７】
【数１】
0006275629.tif 000002
【００４８】
＜試験モード＞
上記プリチェックモードに続いて試験モードが実行される（図３：Ｓ２０）。この試験モードでは電力印加およびその停止による試験サイクルが繰り返され、その印加電力値は以下詳述するように上記プリチェックモードで得られた熱抵抗Ｒｔｈおよび熱容量Ｃｔｈに基づいて算出される。
【００４９】
図５は、一つの試験サイクルにおけるＩＧＢＴモジュール２への印加電力値およびＩＧＢＴモジュール２の温度の時間変化を示しており、横軸は時間を示し、縦軸は印加電力値および温度を示している。図５のグラフ中、（Ａ）はＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度の時間変化を示し、（Ｂ）はＴｃ温度の時間変化を示し、（Ｃ）はＩＧＢＴモジュール２への印加電力値の時間変化を示している。
【００５０】
はじめに試験条件が設定される。まず電力印加によるＴｊ温度の上限値Ｔｊｓａｔと、一つの試験サイクルにおける電力印加時間ｔｎと、電力印加時間ｔｎを複数に分割した単位印加時間ｔｓと、がそれぞれ設定される。単位印加時間ｔｓへの分割数は特に限定されず、試験条件に応じて適宜設定される。また単位印加時間ｔｓは同じ長さで設定されてもよいし、異なる長さで設定されてもよい。そして、上限値Ｔｊｓａｔおよび単位印加時間ｔｓの数により、単位印加時間ｔｓの各々においてＩＧＢＴモジュール２の温度上昇の目標値がＴｊ１、Ｔｊ２、Ｔｊ３、…、のように設定される。この目標値は、上限値Ｔｊｓａｔに向かって線形的に増加するように設定される。つまり、各目標値Ｔｊ１、Ｔｊ２、Ｔｊ３、…、は、一定の大きさで大きくなる。上記試験条件の設定は、制御コントローラ４０により行われる。
【００５１】
次に、単位印加時間ｔｓの各々におけるＩＧＢＴモジュール２への印加電力値が算出される。まず、電力印加開始の時点ｔｓ０から単位印加時間ｔｓが経過した時間ｔｓ１においてＩＧＢＴモジュール２を温度Ｔｊ１に昇温させるための電力Ｐ１は、上記の式（２）において熱抵抗Ｒｔｈ、熱容量Ｃｔｈ、時間ｔｓ１−ｔｓ０および温度Ｔｊ１−Ｔｊ０のそれぞれを代入することにより算出される。
【００５２】
次に、時間ｔｓ１から単位印加時間ｔｓが経過した時間ｔｓ２においてＩＧＢＴモジュール２を温度Ｔｊ２に昇温させるための電力Ｐ２は、以下のように算出される。まず、温度Ｔｊ１に維持するための電力Ｐ１’は、上記の式（１）において温度Ｔｊ１および熱抵抗Ｒｔｈをそれぞれ代入することにより算出される。次に、温度Ｔｊ１から温度Ｔｊ２に昇温させるための電力Ｐ２’は、上記の式（２）において熱抵抗Ｒｔｈ、熱容量Ｃｔｈ、温度Ｔｊ２−Ｔｊ１および時間ｔｓ２−ｔｓ１をそれぞれ代入することにより算出される。そして、電力Ｐ１’と電力Ｐ２’とを加算することで電力Ｐ２が算出される。このような計算を電力印加時間ｔｎの全体にわたって行うことにより、単位印加時間ｔｓの各々においてＩＧＢＴモジュール２に印加されるべき電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎが算出される。
【００５３】
次に、制御コントローラ４０からの指令により電源部１０およびゲート制御部２０を動作させることで、単位印加時間ｔｓの各々において電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎが段階的に増加するように電力印加が行われる。これにより、単位印加時間ｔｓの各々においてＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度が目標値Ｔｊ１、Ｔｊ２、Ｔｊ３、…、Ｔｊｓａｔに到達する。このようにＩＧＢＴモジュール２への印加電力値が電力印加の時間経過に伴い増加するように電力印加を行うことにより、Ｔｊ温度およびＴｃ温度が略線形的に増加し、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離が抑制される。
【００５４】
その後、電力印加時間ｔｎが経過した時点で、制御コントローラ４０からの指令により電源部１０およびゲート制御部２０の動作が停止し、ＩＧＢＴモジュール２への電力印加が停止される。そして、ＩＧＢＴモジュール２が冷却される。このようにして電力印加およびその停止による一つの試験サイクルが完了する。この試験サイクルが所定回数だけ繰り返されることによりそれに応じた熱ストレスが与えられ、ＩＧＢＴモジュール２の寿命が評価される。
【００５５】
次に、上記パワーサイクル試験装置１およびこれを用いたパワーサイクル試験方法による作用効果について比較例を参照しつつ説明する。図６は、比較例のパワーサイクル試験方法における（Ａ）Ｔｊ温度の時間変化、（Ｂ）Ｔｃ温度の時間変化、および（Ｃ）電力印加の波形をそれぞれ示しており、横軸は時間を示し、縦軸は温度および印加電力値を示している。
【００５６】
比較例のパワーサイクル試験では、一定の電力印加（ＯＮ）およびその停止（ＯＦＦ）による試験サイクルが繰り返される。この場合、Ｔｊ温度は急激に上昇する一方でＴｃ温度はＴｊ温度に比べて緩やかに変化するため、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離が大きくなる。この温度変化の条件下では、ＩＧＢＴチップ１１とボンディングワイヤ１７との線膨張係数の差により接合面に亀裂が生じて剥離する故障モードを再現することができる（図２参照）。しかし、ＩＧＢＴモジュール２には、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離が抑制された条件下で発生する故障モードも存在し、上記比較例ではこれを再現することが困難である。
【００５７】
これに対して、上記パワーサイクル試験装置１およびこれを用いたパワーサイクル試験方法では、印加電力値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎが時間経過に伴い増加するようにＩＧＢＴモジュール２への電力印加を行うことができる。そのため、上記比較例のように一定の電力を一定時間印加し続ける場合とは異なり、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制し、これらの温度差を所定の範囲内に収めることができる。したがって、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制しつつ試験を行うことにより、多様なデバイスの故障モードを再現することが可能になる。具体的には、エレベータやエスカレータのシステム制御において生じる故障モードのように、絶縁基板１２とベース板１３との線膨張係数の差によりこれらを接合する半田層１５に亀裂が発生し、絶縁基板１２とベース板１３とが互いに剥離する故障モードなどを再現することができる（図２参照）。
【００５８】
上記パワーサイクル試験装置１において、制御コントローラ４０は、電力印加時間ｔｎを複数に分割した単位印加時間ｔｓの各々において印加電力値が段階的に増加するように電源部１０およびゲート制御部２０を制御する。これにより、制御コントローラ４０においてＩＧＢＴモジュール２への電力印加の制御をより容易に実行することができる。
【００５９】
上記パワーサイクル試験装置１において、制御コントローラ４０は、単位印加時間ｔｓの各々における温度上昇の目標値Ｔｊ１、Ｔｊ２、Ｔｊ３、…、Ｔｊｓａｔを設定し、ＩＧＢＴモジュール２の温度が上記目標値に到達するように電源部１０およびゲート制御部２０の動作を制御する。これにより、ＩＧＢＴモジュール２のＴｊ温度を上記目標値に向かってより短時間で変化させることが可能となり、所望の温度上昇のプロファイルにより近づけることができる。
【００６０】
上記パワーサイクル試験装置１において、制御コントローラ４０は、上記目標値を線形的に増加するように設定し、ＩＧＢＴモジュール２の温度が上記目標値に到達するように電源部１０およびゲート制御部２０を制御する。これにより、一定の電力印加では線形的に上昇しないＴｊ温度を電力印加時間の経過に伴って略線形的に上昇させることが可能となり、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離をより確実に抑制することができる。なお、Ｔｊ温度をより線形的に上昇させたい場合には単位印加時間ｔｓをより短く設定すればよい。
【００６１】
上記パワーサイクル試験装置１において、制御コントローラ４０は、各単位印加時間ｔｓにおいて熱抵抗Ｒｔｈおよび熱容量Ｃｔｈに基づいて算出された電力がＩＧＢＴモジュール２に印加されるように電源部１０およびゲート制御部２０の動作を制御する。これにより、各単位印加時間ｔｓにおいてＩＧＢＴモジュール２の温度をより確実に上記目標値に到達させることができる。
【００６２】
上記パワーサイクル試験装置１は、ケース１８側からＩＧＢＴモジュール２を加熱するための加熱部３０を有する。これにより、Ｔｃ温度をＴｊ温度に比べて相対的に上昇させることができる。そのため、特に温度上昇の勾配が急峻な場合など、Ｔｊ温度がＴｃ温度よりも大きく上昇する場合でも、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離を抑制することができる。
【００６３】
最後に、上記パワーサイクル試験装置１およびこれを用いたパワーサイクル試験方法の変形例を挙げる。
【００６４】
まず、上記実施形態のように各単位印加時間ｔｓにおいて電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎが段階的に増加するように印加される場合に限定されず、時間経過に伴い連続的に増加する電力が印加されてもよいし、段階的に増加する電力印加と連続的に増加する電力印加とが組み合わされてもよい。
【００６５】
また、Ｔｊ温度とＴｃ温度との乖離をより確実に抑制する観点からは、上記実施形態のように各単位印加時間ｔｓにおけるＴｊ温度の温度上昇の目標値を線形的に増加するように設定することが好ましいがこれに限定されず、非線形に増加するように設定されてもよい。また上記温度上昇の目標値を設けずに、各単位印加時間ｔｓにおいて印加電力値が段階的に増加するように電力印加が行われてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態のように試験デバイスとしてＩＧＢＴモジュール２が用いられる場合に限定されず、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他のパワー半導体デバイスが同様に用いられてもよい。
【００６７】
なお、上記実施形態は例示であり、本発明の範囲は上記実施形態に制限されるものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態ではなく特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１  パワーサイクル試験装置、２  ＩＧＢＴモジュール（試験デバイス）、１０  電源部（電力印加部）、１１  ＩＧＢＴチップ（チップ）、１８  ケース、２０  ゲート制御部（電力印加部）、３０  加熱部、４０  制御コントローラ（制御部）。
【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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