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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

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 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
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
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(恒温恒湿槽
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)
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

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

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
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

 

ユーロフィンFQLはISO17025で認定された試験所です


  • 公益財団法人 日本適合性認定協会(JAB) 試験所認定 認定番号RTL04780
  • 対象範囲:M21 電気試験
分類コード
及び名称
IEC/JIS JEDEC その他
M21.5.1
低温試験
IEC 60068-2-1 / JIS C 60068-2-1 試験Ab
※温度条件は-50℃~+5℃の範囲に限る。6.8項、6.10項、6.13項 を除く
JEDEC JESD22-A119A
※3.2項、3.3項を除く
-
M21.5.2
高温試験
IEC 60068-2-2 / JIS C 60068-2-2 試験Bb
※温度条件は+30℃~+175℃の範囲に限る。6.7項、6.9項、6.13項を除く
JEDEC JESD22-A103E
※Condition D,E,F、4.2項、4.3項を除く
-
M21.5.3
温度変化試験
IEC 60068-2-14 / JIS C 60068-2-14
試験Naの温度条件は、低温側0℃~-65℃、高温側 +30℃~+175℃の範囲に限る。
※試験Nb温度条件は、低温側 +5℃~-65℃、高温側+30℃~+175℃、温度変化率 10±2K/min以下に限る。
(6.1項、6.2項を除く)
JEDEC JESD22-A104E
※5.9項、6項を除く JEDEC JESD22-A106B.01
※4.2項、4.3項を除く
-
M21.5.5
高温高湿定常試験
IEC 60068-2-78 / JIS C 60068-2-78
※5.1項、5.2項、5.3項を除く
- -
M21.5.17
耐候性試験
JIS K 7350-2
※4.7項、6.1項 表3・表4 11・12・15・16・狭帯域、6.2項 表3・表4 11・12・15・16・狭帯域、7.5項を除く
- JASO M351
※4.1項、5項、6項、7項-c)試験結果2)を除く

 

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環境ソリューション 腐食トラブルに関する課題に様々な側面からアプローチしたサービスです。