(57)【要約】【課題】半田接合の信頼性を向上させることが可能な電子装置、破損推定方法、寿命推定方法を提供する。【解決手段】実施形態の電子装置は、放熱基板と、前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられる第２接合部と、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出する第１算出部と、前記第１算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定する判定部と、前記判定部が判定した前記進展状態に基づいて、前記第２接合部の破損を推定する推定部とを備える。【選択図】図２
2013247244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱基板と、
前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、
前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、
前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、
前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、
前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出する第１算出部と、
前記第１算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定する判定部と、
前記判定部が判定した前記進展状態に基づいて、前記第２接合部の破損を推定する推定部と、
を備える電子装置。
【請求項２】
前記絶縁基板の前記角部を含む領域での厚さが、その他の領域での厚さよりも薄い請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記最大ピークの周波数が第１基準周波数以下の場合に、前記第１接合部を破損直前と判定し、前記最大ピークの周波数が前記第１基準周波数よりも低い第２基準周波数以下の場合に、前記第１接合部を破損と判定する請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第１接合部および前記第２接合部に作用する負荷の時間履歴を測定する第２センサと、
前記第２センサが測定する前記負荷の時間履歴を用いて、前記第２接合部の第１損傷度および前記第１接合部の第２損傷度を算出する第２算出部と、
前記判定部が前記第１接合部を破損と判定した時点で前記第２算出部が算出する前記第２損傷度と、予め定められる前記第１接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２損傷度の誤差を算出する第３算出部と、
前記第３算出部が算出した前記誤差を用いて、前記第２算出部が算出する前記第１損傷度を修正し、前記第１損傷度が修正された第３損傷度を得る修正部と、
をさらに備え、
前記推定部は、前記第３損傷度と、予め定められる前記第２接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２接合部が破損するまでの寿命を推定する、請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記推定部が前記第２接合部を破損と推定した結果を出力する出力部をさらに備える請求項１乃至３いずれか１項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記推定部が推定した前記寿命を出力する出力部をさらに備える請求項４に記載の電子装置。
【請求項７】
放熱基板と、
前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、
前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、
前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、
前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、
を備える電子装置における破損推定方法であって、
算出部が、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出するステップと、
判定部が、前記算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定するステップと、
推定部が、前記判定部が判定した前記進展状態に基づいて、前記第２接合部の破損を推定するステップと、
を有する破損推定方法。
【請求項８】
放熱基板と、
前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、
前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、
前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、
前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、
前記第１接合部および前記第２接合部に作用する負荷の時間履歴を測定する第２センサと、
を備える電子装置における寿命推定方法であって、
第１算出部が、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出するステップと、
判定部が、前記第１算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定するステップと、
第２算出部が、前記第２センサが測定する前記負荷の時間履歴を用いて、前記第２接合部の第１損傷度および前記第１接合部の第２損傷度を算出するステップと、
第３算出部が、前記判定部が前記第１接合部を破断と判定した時点で前記第２算出部が算出する前記第２損傷度と、予め定められる前記第１接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２損傷度の誤差を算出するステップと、
修正部が、前記第３算出部が算出する前記誤差を用いて、前記第２算出部が算出する前記第１損傷度を修正するステップと、
推定部が、前記修正部が修正する前記第１損傷度と、予め定められる前記第２接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２接合部が破損するまでの寿命を推定するステップと、
を有する寿命推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子装置、破損推定方法、寿命推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載機器や産業用機器等の大電流のスイッチングを必要とする電子装置に用いられるパワーモジュールでは、表面に回路が形成されている絶縁基板と、ヒートシンクに接触させて取り付けられる放熱基板とは半田接合されている。電子装置内の熱は、この半田接合のための半田層を介して絶縁基板から放熱基板へ伝わり、さらにヒートシンクに対して放熱される。
【０００３】
しかしながら、電子装置の使用に伴い電子装置に対して加わる振動等の外力や、電子装置内の素子の発熱による熱負荷の影響によって半田層には亀裂やクラック等の不良が発生する。このような半田層に発生する不良により、電子装置の放熱性能が低減してしまう問題がある。そこで、電子装置の放熱性能や安全性を確保するために、絶縁基板と放熱基板の半田接合の信頼性を向上させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０９１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半田接合の信頼性を向上させることが可能な電子装置、破損推定方法、寿命推定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の電子装置は、放熱基板と、前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出する第１算出部と、前記第１算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定する判定部と、前記判定部が判定した前記進展状態に基づいて、前記第２接合部の破損を推定する推定部とを備える。
【０００７】
実施形態の破損推定方法は、放熱基板と、前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサとを備える電子装置における破損推定方法であって、算出部が、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出するステップと、判定部が、前記算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定するステップと、推定部が、前記判定部が判定した前記進展状態に基づいて、前記第２接合部の破損を推定するステップとを有する。
【０００８】
実施形態の寿命推定方法は、放熱基板と、前記放熱基板上に設けられる第１接合部と、前記放熱基板上に前記第１接合部と間隔を空けて設けられ、前記第１接合部よりも接合面積の大きい第２接合部と、前記第１接合部および前記第２接合部上に設けられ、角部を含む領域が前記第１接合部に当接する絶縁基板と、前記絶縁基板上の前記第２接合部よりも第１接合部の近傍に設けられ、前記絶縁基板に加わる振動の加速度を測定する第１センサと、前記第１接合部および前記第２接合部に作用する負荷の時間履歴を測定する第２センサとを備える電子装置における寿命推定方法であって、第１算出部が、前記第１センサが測定した前記加速度を用いて、前記加速度の応答スペクトルを算出するステップと、判定部が、前記第１算出部が算出した前記応答スペクトルの最大ピークの周波数と基準周波数を比較して、前記第１接合部の接合不良の進展状態を判定するステップと、第２算出部が、前記第２センサが測定する前記負荷の時間履歴を用いて、前記第２接合部の第１損傷度および前記第１接合部の第２損傷度を算出するステップと、第３算出部が、前記判定部が前記第１接合部を破断と判定した時点で前記第２算出部が算出する前記第２損傷度と、予め定められる前記第１接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２損傷度の誤差を算出するステップと、修正部が、前記第３算出部が算出する前記誤差を用いて、前記第２算出部が算出する前記第１損傷度を修正するステップと、推定部が、前記修正部が修正する前記第１損傷度と、予め定められる前記第２接合部が破損する時点での損傷度とを比較して、前記第２接合部が破損するまでの寿命を推定するステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態に係る電子装置の構成図。
【図２】第一の実施形態に係る電子装置のパワーモジュールの概略図。
【図３】第一の実施形態に係る電子装置の演算処理装置のシステム構成図。
【図４】第一の実施形態に係る応答スペクトルの概略図。
【図５】変形例に係るパワーモジュールの概略図。
【図６】第二の実施形態に係る電子装置の構成図。
【図７】第二の実施形態に係る電子装置の演算処理装置のシステム構成図。
【図８】第二の実施形態に係る寿命推定方法のフローチャート。
【図９】第二の実施形態に係るひずみ振幅の情報の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１１】
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態に係る電子装置１の構成図である。本実施形態の電子装置１は、例えば車載用の電子制御ユニット（ECU：Electronic Control Unit）である。
【００１２】
図１の電子装置１は、電流のスイッチング機能を有するパワーモジュール１００、CPUやMPU等の演算処理装置２００、不揮発性メモリやHDD等の記憶装置３００を備える。また、必要に応じてパワーモジュール１００が故障または故障直前の状態であることを音等により外部、例えばユーザに知らせるアラームやディスプレイ、電気信号等の出力装置４００を備える。なお、図１に示すように、後述するパワーモジュール１００のセンサ１１０、演算処理装置２００、記憶装置３００、出力装置４００は信号線により電気的に接続されている。
【００１３】
図２は、パワーモジュール１００の概略図である。
【００１４】
図２のパワーモジュール１００は、放熱基板１０、絶縁基板２０、第１接合部３０、第２接合部４０、センサ１１０、第１素子５０、第２素子６０、ワイヤ７０、筺体８０、シリコーンゲル９０を備える。
【００１５】
放熱基板１０は、例えば銅（熱伝導率k≒400W/(mK)）等の金属材料により形成される熱伝導性に優れる平板である。放熱基板１０は、締結固定のための開口を有しており、ボルト等の締結部材１２０によりヒートシンク１３０に固定される。放熱基板１０は、ヒートシンク１３０に対して熱を伝えることで、パワーモジュール１００から熱を逃がす。以下、放熱基板１０のヒートシンク１３０に対向させる面とは反対の面を表面（第１面）とする。
【００１６】
絶縁基板２０は、例えばセラミック等の材料により形成される絶縁性の基板である。絶縁基板２０の表面には、銅やタングステン等の導電性材料で配線パターンが形成されている。絶縁基板２０は、裏面を放熱基板１０の表面に向けて、後述の第１接合部３０および第２接合部４０上に設けられる。絶縁基板２０は、矩形状の基板であり四隅に角部を有している。ここで、角部とは、異なる方向に伸びる絶縁基板２０の側面同士が交わる部分である。絶縁基板２０の裏面は、角部を含み後述の第１接合部３０上の領域（第１領域）と、後述の第２接合部４０上の領域（第２領域）とを含む。すなわち、第１領域は第１接合部３０を介して放熱基板１０の第１面と接合され、第２領域は第２接合部４０を介して放熱基板１０の第１面と接合される。また、絶縁基板２０の裏面とは絶縁基板２０を基準として反対の面である表面は、第１領域と反対の領域（第３領域）と、第２領域と反対の領域（第４領域）とを含む。なお、第１領域（第３領域）の面積および形状と第２領域（第４領域）の面積および形状については、例えば電子装置１の規定の放熱性能を満たすことが可能な範囲内で任意に定めることができる。絶縁基板２０は、パワーモジュール１００の電気的な接続や、パワーモジュール１００と外部との電気的な接続を確保する。
【００１７】
第１接合部３０は、放熱基板１０の第１面と絶縁基板２０の裏面の第１領域とを接合する膜状の部材である。第２接合部４０は、放熱基板１０または絶縁基板２０の面方向に第１接合部３０と離間して、放熱基板１０の第１面と絶縁基板２０の裏面の第２領域とを接合する膜状の部材である。第２接合部４０の接合面積は第１接合部３０の接合面積よりも大きい。なお、ここでの接合面積とは、第１接合部３０と放熱基板１０の第１面または絶縁基板２０の表面との接合面の面積、第２接合部４０と放熱基板１０の第１面または絶縁基板２０の表面との接合面の面積のことである。本実施形態では、第１接合部３０および第２接合部４０の材質としては、錫および鉛の合金を含む半田を用いることができる。なお、第１接合部３０および第２接合部４０は、例えばリフロー方式により形成することができる。
【００１８】
なお、例えば酸化防止のために放熱基板１０の第１面や絶縁基板２０の裏面を金メッキ等の塗布材により処理する場合や、例えば電気的な接続のために電極パッド等を放熱基板１０の第１面や絶縁基板２０の裏面に設ける場合には、塗布材や電極パッド等の異なる部材を含めて第１接合部３０、第２接合部４０とすることができる。
【００１９】
センサ１１０は、絶縁基板２０（すなわち、第１接合部３０）に対して定常的に作用する振動（衝撃等の外乱を含む）による加速度の時間履歴を測定する。センサ１１０が測定する加速度の時間履歴は記憶装置３００に格納される。センサ１１０としては、例えば圧電型、静電容量型の加速度センサやMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）型の加速度センサ等を用いることができる。センサ１１０は、絶縁基板２０の表面の第２接合部４０より第１接合部３０の近傍、さらに好ましくはいずれかの第３領域に載置される。
【００２０】
第１素子５０は、絶縁基板２０の表面の第４領域に載置される、例えばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー素子である。第１素子５０は、半田接合等により絶縁基板２０に接合されている。第１素子５０の表面には、複数の電極が形成されている。
【００２１】
第２素子６０は、絶縁基板２０の表面の第４領域に載置される、例えば整流作用を有するダイオードである。第２素子６０は、半田接合等により絶縁基板２０に接合されている。第２素子６０の表面には、複数の電極が形成されている。
【００２２】
なお、第２素子６０は、ダイオードに限られず、第１素子５０と電気的に接続される様々な素子を対象とすることができる。
【００２３】
ワイヤ７０は、第１素子５０の電極と第２素子６０の電極とを電気的に接続する導電性の部材である。ワイヤ７０の材質としては、例えばアルミニウム等を用いることができる。ワイヤ７０は、各電極に対して、例えば超音波接合等により接合される。
【００２４】
筐体８０は、パワーモジュール１００のケースであり、材質としては例えば樹脂材料を用いる。この筐体８０内には、絶縁基板２０、第１素子５０、第２素子６０、ワイヤ７０が収納されている。
【００２５】
シリコーンゲル９０は、筐体８０内に充填され、少なくともワイヤ７０を被覆している。シリコーンゲル９０は、隣接するワイヤ７０同士の接触によるショートや、湿気等の環境変動による劣化、特性変動を防ぐ。
【００２６】
なお、ここではシリコーンゲルを例に説明をしているが、少なくとも絶縁性の性質を有し、かつ振動によるワイヤ７０の移動を防止するための機械的強度、例えばヤング率1kPa〜1MPaのゲル状の部材であればよい。
【００２７】
（不良発生モードの説明）
このようなパワーモジュール１００では、電子装置１の動作時に第１素子５０または第２素子６０が発熱することで、パワーモジュール１００の各構成部材に対して熱が与えられる。パワーモジュール１００の各構成部材はそれぞれ熱膨張係数が異なるために、例えば第１接合部３０または第２接合部４０と放熱基板１０の接合界面、第１接合部３０または第２接合部４０と絶縁基板２０の接合界面にはせん断力が作用する。せん断力は、絶縁基板２０の中心部に比べて、より膨張量が大きい周辺部ほど大きくなる。さらに詳細には、周辺部の中でも絶縁基板２０の中心からの距離が最も遠い角部において、より大きなせん断力となる。
【００２８】
また、電子装置１に対して振動や衝撃等の外乱が作用すると、放熱基板１０には締結部材１２０を支持点としてたわみが生じる。このとき、自由端となる放熱基板１０または絶縁基板２０の周辺部（特に角部）では、放熱基板１０と絶縁基板２０を引き離す方向に力が加わることになる。
【００２９】
したがって、パワーモジュール１００においては、放熱基板１０の第１面と絶縁基板２０の中央部に位置する第３面とを接合する第２接合部４０に比べて、放熱基板１０の第１面と絶縁基板２０の角部を含む第２面とを接合する第１接合部３０のほうが、より大きな荷重を受けることになる。そのため、亀裂（クラック）の発生、第１接合部３０、第２接合部４０の放熱基板１０または絶縁基板２０からの剥がれ等の不良はまず第１接合部３０に現れる。そして、第１接合部３０の全体に不良が進展していき、最終的には電子装置１を動作させる際の安全性に影響が出る程に不良が進展した状態である破損となる。その後、第２接合部４０にも同様の不良が発生する。なお、ここでの不良とは、第１接合部３０と放熱基板１０または絶縁基板２０との結合不良、第２接合部４０と放熱基板１０または絶縁基板２０との結合不良のことである。
【００３０】
放熱基板１０と絶縁基板２０を接合する第１接合部３０および第２接合部４０は、第１素子５０や第２素子６０等からの熱をヒートシンク１３０に逃がす際に、電子装置１の放熱性能を担保する重要な役割を担う。したがって、第１接合部３０および第２接合部４０における不良の発生は、電子装置１の放熱性能を保つためにも好ましくない。
【００３１】
そこで、本実施形態では、センサ１１０を絶縁基板２０の表面の第３領域に載置することで、第１接合部３０の不良により生じた構造変化の影響を加速度の検出により早期に、また効果的に検出することができる。
【００３２】
図３は、演算処理装置２００のシステム構成図である。
【００３３】
演算処理装置２００は、第１算出部（応答スペクトル算出部）２１０、判定部２２０、推定部２３０をモジュールとして有する。
【００３４】
応答スペクトル算出部２１０は、センサ１１０が検出して記憶装置３００に格納した加速度の時間履歴を用いて、例えば予め定める所定の周期Tsごとに（加速度）応答スペクトルを算出する。なお、具体的には応答スペクトル算出部２１０は、センサ１１０が測定する加速度の時間履歴に対して、例えば高速フーリエ変換処理を行うことで応答スペクトルを得る。また、必要に応じて、応答スペクトル算出部２１０は、例えば予め設定される所定の周波数幅について、周波数軸上で移動平均を算出することにより、応答スペクトルを平滑化する。このように応答スペクトル算出部２１０が算出する応答スペクトルは、記憶装置３００に格納することができる。
【００３５】
図４は、応答スペクトル算出部２１０が算出する応答スペクトルの概略図である。ここで、図４に示すように、応答スペクトルの最大ピークをfp、応答スペクトルが最大ピークをとるときの周波数（最大ピーク周波数）をhpとする。
【００３６】
第１接合部３０に亀裂等の不良が生じると、第１接合部３０の剛性は低下する。このとき、第１接合部３０の剛性の低下に伴い、絶縁基板２０および第１接合部３０の共振周波数も低下することになる。したがって、図４に示すように、第１接合部３０において不良の進展が進むに従い、応答スペクトルのピーク周波数hpは徐々に低周波数側へ移動していく。
【００３７】
判定部２２０は、応答スペクトル算出部２１０が算出する応答スペクトルに基づいて、第１接合部３０の不良の進展状態を判定する。ここで、第１接合部３０の不良の進展状態としては、電子装置１として予め定める所定の性能（放熱性能）が得られないほど不良が進展した破損直前の状態を判定するものであってもよいし、電子装置１を動作する際に安全を保てる不良の進展状態の範囲を予め規定し、破損の状態であることを判定するものであってもよい。
【００３８】
具体的には、判定部２２０は、記憶装置３００から周期Tsごとに応答スペクトルを得て、応答スペクトルのピーク周波数hpを検出する。そして、例えば周期Tsごとにピーク周波数hpの変化量を算出する等により、応答スペクトルのピーク周波数hpの変化を逐次観測する。判定部２２０は、例えば予め設定することのできる周波数の閾値（第１基準周波数）hs1と応答スペクトルのピーク周波数hpと比較することで、ピーク周波数hpが閾値hs1以下の値となる場合に、第１接合部３０を破損直前と判定する。また、ピーク周波数hpが閾値hs1よりも小さい閾値（第２基準周波数）hs2以下の値となる場合に、第１接合部３０を破損と判定する。
【００３９】
推定部２３０は、判定部２２０の判定結果に基づいて、第２接合部４０の破損を推定する。具体的には、判定部２２０が第１接合部３０を破損と判定した際に、第２接合部４０に対しても不良が進展した状態と見なすことで、第２接合部４０の接合状態を破損と推定する。すなわち、本実施形態では、推定部２３０が第２接合部４０を破損と推定した時点を電子装置１の故障とする。
【００４０】
出力装置４００は、推定部２３０の推定結果をユーザに対して例えばアラーム等により通知する。これにより、電子装置１が故障して完全に動作を停止する前にユーザに対して注意を喚起すことができ、修理等の対応を促すことができる。
【００４１】
本実施形態の電子装置１によれば、一般的な半田ボール接合の場合と異なり、本実施形態では面で接合する半田層としての第１接合部３０、第２接合部４０を対象とするため、不良の進展に伴う応答スペクトルがシフトしていく様子を時間履歴として捉えることができ、上記のように不良の進展の各フェーズで閾値を設定することで、ユーザはより確実に第１接合部３０、さらには第２接合部４０の不良の進展を把握することができる。以上により、放熱基板１０と絶縁基板２０との半田接合の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４２】
（変形例）
図５は、変形例に係るパワーモジュール１００の概略図である。
【００４３】
図５のパワーモジュール１００は、第２接合部４０上の厚さに比べて第１接合部３０上の厚さが薄い絶縁基板２０を備える。なお、その他の構成については、図２のパワーモジュール１００と同様として、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４４】
本変形例のように、第１接合部３０上において絶縁基板２０の厚さを薄くすることで、絶縁基板２０の剛性が低下するため、センサ１１０が測定する加速度応答の振幅が第一の実施形態と比較して大きくなり、結果的に応答スペクトルのピークfpが大きくなる。
【００４５】
なお、ここでの厚さとしては、絶縁基板２０の表面と裏面の距離の平均値を用いることができる。この平均値は、例えば絶縁基板２０の面内の複数点で、表面と裏面の距離を測定することにより算出することができる。
【００４６】
これにより、亀裂が発生または進展した際の応答スペクトルの変化が顕著に現れることで、応答スペクトルのピークのシフトによる亀裂の進展を判断しやすくなる。すなわち、判定部２２０が第１接合部３０の不良の進展状態を破損または破損直前と判定する際の精度を向上させることができる。
【００４７】
（第二の実施形態）
図６は、第二の実施形態に係る電子装置２の構成図である。また、図７は、演算処理装置５００のシステム構成図である。図７の演算処理装置５００は、第２算出部（損傷度算出部）２４０、修正部（損傷度修正部）２５０、推定部２６０を備える点で、図３の演算処理装置２００とは異なる。なお、第一の実施形態に係る電子装置１と同様の構成については、同一の符号を付すことで詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、記憶装置３００には、予め電子装置２について数値構造解析や試験を行うことで、第１接合部３０に対して加わる負荷と第１接合部３０に生じる不良との関係、第２接合部４０に対して加わる負荷と第２接合部４０に生じる不良との関係をそれぞれ格納している。なお、ここでの負荷とは、第１接合部３０、第２接合部の内部応力変化に影響を与える加速度や温度等である。また、負荷と不良の関係としては、例えば次のように定義される損傷度に関する関係式を用いることができる。
【００４９】
第１接合部３０、第２接合部４０に対して繰返し負荷が１サイクル加わった際の損傷度は、同一の繰返し負荷を与えたときの寿命サイクル数の逆数で表される。したがって、負荷が繰返し加わった場合の損傷度は、各サイクルで生じる損傷度を累積したものである。累計した損傷度が増すに従って、第１接合部３０、第２接合部４０には不良が進展していくことを表す。そして、累積した損傷度が１に達したとき、第１接合部３０、第２接合部４０は破損したことを表す。すなわち、この損傷度とは、第１接合部３０および第２接合部４０内での不良の進展状態を表す指標である。
【００５０】
しかしながら、実際には第１接合部３０、第２接合部４０の個体差等の影響等により、予め予測された破損するまでの損傷度である１に達する前後に第１接合部３０、第２接合部４０が破損する場合がある。そこで、判定部２２０が第１接合部３０を破損（電子装置２を故障）と判定した時点で、それまでに得られていた第２接合部４０の損傷度を修正することができる。
【００５１】
損傷度算出部２４０は、センサ１１０が測定し、記憶装置３００に格納する加速度の時間履歴を用いて、所定の時間ごとに第１接合部３０および第２接合部４０のそれぞれに対する損傷度を算出する。
【００５２】
損傷度修正部２５０は、判定部２２０の判定結果を得て、予め予測された第１接合部３０が破損する際の損傷度と、判定部２２０が第１接合部３０を破損と判定して時点で損傷度算出部２４０が算出する第１接合部３０の損傷度を比較することで、第１接合部３０の損傷度の誤差を算出する。そして、損傷度修正部２５０は、算出した第１接合部３０の損傷度の誤差と同程度の誤差が第２接合部４０にも存在するものと仮定して、この誤差を用いて損傷度算出部２４０が算出する第２接合部４０の損傷度を修正する。
【００５３】
推定部２６０は、損傷度算出部２４０が算出する第２接合部４０の損傷度、または損傷度修正部２５０が修正する第２接合部４０の損傷度を用いて、第２接合部４０の寿命（すなわち、電子装置２の寿命）を推定する。ここで、寿命とは、第２接合部４０が破損するまでの期間を表すもので、例えば、破損までの負荷のサイクル数や破損までの時間等で表すことができる。
【００５４】
これには、例えば記憶装置３００に負荷のサイクル数と損傷度の関係をデータベースとして格納しておくことで、このデータベースを参照して損傷度が１に達するまでの残りのサイクル数を寿命とすることができる。または、同一の繰返し負荷が与えられた場合には過去と同様の傾向で損傷度が増加するものと仮定することで、例えば損傷度の時間履歴を記憶装置３００に格納しておき、この時間履歴に対して最小二乗法等のアルゴリズムを適用することで破損までの予測式を得て、この予測式により得られる破損までの予測時間を寿命とすることができる。
【００５５】
以下、図８のフローチャートを参照して、寿命推定方法について説明する。
【００５６】
損傷度算出部２４０は、センサ１１０が測定し、記憶装置３００に格納する加速度の時間履歴を得る（S１０１）。この加速度は、第１接合部３０、第２接合部４０に対して同様に作用するものと見なすことができる。
【００５７】
損傷度算出部２４０は、加速度の時間履歴を用いて、例えばサイクルカウント等のアルゴリズムにより加速度振幅のサイクル数をカウントする。また、記憶装置３００に予め格納される加速度振幅とひずみ振幅との関係から、例えば図９に示すひずみ振幅の情報を得る（S１０２）。
【００５８】
損傷度算出部２４０は、ひずみ振幅を用いて、例えば次式により第１接合部３０および第２接合部４０の損傷度Dを算出する（S１０３）。ただし、Nfは破損までのひずみ振幅Δεのサイクル数（寿命サイクル数）である。また、α、βは材料の損傷特性を表すパラメータであり、材料により固有の値を有する。
【数１】
2013247244.tif 000003
【００５９】
損傷度算出部２４０が算出する損傷度Dは、記憶装置３００に格納する。
【００６０】
損傷度修正部２５０は、損傷度算出部２４０が算出する第１接合部３０および第２接合部４０の損傷度Dを得る（S１０４）。
【００６１】
損傷度修正部２５０は、判定部２２０が第１接合部３０を破損と判定した際、予め予測された破損するまでの損傷度が１であることから、第１接合部３０の損傷度Dの逆数1/Dを損傷度Dの誤差として算出する（S１０５）。
【００６２】
損傷度修正部２５０は、第１接合部３０と同様に第２接合部４０にも同様の誤差が生じているものと仮定し、S１０５で算出した誤差を第２接合部４０の損傷度Dに乗じることで、第２接合部４０の損傷度Dを修正する（S１０６）。このように損傷度修正部２５０が修正する第２接合部４０の損傷度D’は記憶装置３００に格納する。
【００６３】
推定部２６０は、損傷度修正部２５０が修正する第２接合部４０の損傷度D’を得る（S１０７）。
【００６４】
推定部２６０は、記憶装置３００が格納する負荷のサイクル数と損傷度との関係のデータベースを参照して、第２接合部４０（電子装置２）の寿命を推定する（S１０８）。このように推定部２６０が推定する寿命は記憶装置３００に格納する。
【００６５】
出力装置４００は、推定部２６０が推定する第２接合部４０の寿命を出力し、例えばディスプレイの表示等によりユーザに対して通知する（S１０９）。
【００６６】
なお、推定部２６０は、第２接合部４０の破損までの時間を寿命として推定するものであってもよい。また、推定部２６０は、損傷度修正部２５０が修正する損傷度ではなく、損傷度算出部２４０が算出する損傷度を用いて、第２接合部４０の寿命を推定するものであってもよい。また、本実施形態では、損傷度の算出にはセンサ１１０が測定した加速度の時間履歴を用いる例を説明したが、センサ１１０に加え温度センサ等を設け、この温度センサ等が測定する温度等の負荷を用いてもよい。
【００６７】
本実施形態の電子装置２によれば、修正された損傷度を用いることで、第一の実施形態と比較して、第２接合部の個体差の影響を加味することにより、さらに半田接合の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
以上説明した少なくとも１つの実施形態の電子装置、破損推定方法、寿命推定方法によれば、半田接合の信頼性を向上させることが可能となる。
【００６９】
これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１、２・・・電子装置
１０・・・放熱基板
２０・・・絶縁基板
３０・・・第１接合部
４０・・・第２接合部
５０・・・第１素子
６０・・・第２素子
７０・・・ワイヤ
８０・・・シリコーンゲル
９０・・・筐体
１００・・・パワーモジュール
１１０・・・センサ
１２０・・・締結部材
１３０・・・ヒートシンク
２００、５００・・・演算処理装置
２１０・・・応答スペクトル算出部
２２０・・・判定部
２３０、２６０・・・推定部
２４０・・・損傷度算出部
２５０・・・損傷度修正部
３００・・・記憶装置
４００・・・出力装置
【図１】
2013247244.tif 000004
【図３】
2013247244.tif 000005
【図４】
2013247244.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
2013247244.tif 000009
【図２】
2013247244.tif 000010
【図５】
2013247244.tif 000011
【図９】
2013247244.tif 000012