特許 5816340 電子装置、故障判定方法、寿命推定方法、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5816340

(24)【登録日】2015年10月2日

(45)【発行日】2015年11月18日

(54)【発明の名称】電子装置、故障判定方法、寿命推定方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20151029BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 321Y

【請求項の数】13

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-126294(P2014-126294)

(22)【出願日】2014年6月19日

(62)【分割の表示】特願2012-72516(P2012-72516)の分割

【原出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2014-199941(P2014-199941A)

(43)【公開日】2014年10月23日

【審査請求日】2014年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100111110

【弁理士】

【氏名又は名称】美甘 徹也

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100159938

【弁理士】

【氏名又は名称】砂井 正之

(72)【発明者】

【氏名】大森 隆広

(72)【発明者】

【氏名】廣畑 賢治

(72)【発明者】

【氏名】門田 朋子

(72)【発明者】

【氏名】成田 和世

(72)【発明者】

【氏名】秋葉 敏克

(72)【発明者】

【氏名】古賀 章浩

(72)【発明者】

【氏名】久野 勝美

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３１１２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２５／００ − ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極対と、
第２電極対と、
前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、
前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、
前記第１ワイヤの破断を検出する第１検出部と、
前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、
前記第２ワイヤに対する負荷を検出する第２検出部と、
前記第１検出部が前記第１ワイヤの破断を検出した後、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記第２検出部が検出した負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する算出部と、
を備える電子装置。

【請求項2】

前記第１ワイヤは、破断検出用のワイヤである請求項１に記載の電子装置。

【請求項3】

前記第１電極対および前記第２電極対は、各電極対の一方の電極が一体に、かつ各電極対の他方の電極が一体に設けられる請求項１に記載の電子装置。

【請求項4】

前記第１検出部は、前記第１ワイヤの破断を検出した際、前記電子装置が故障または故障直前の状態であることを判定し、
前記第１検出部が判定した前記電子装置の前記状態を出力する出力部を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子装置。

【請求項5】

前記第２ワイヤの疲労度から前記第２ワイヤの寿命を推定する推定部と、
を備える請求項１乃至４いずれか１項に記載の電子装置。

【請求項6】

前記記憶部は、さらに前記第１ワイヤの疲労特性および予測される前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度を予め記憶し、
前記第２検出部は、さらに前記第１ワイヤに対する負荷を検出し、
前記算出部は、前記第１ワイヤの疲労特性と、前記第２検出部が検出した前記第１ワイヤに対する負荷とを用いて、前記第１検出部が前記第１ワイヤの破断を検出した時点の前記第１ワイヤの疲労度を算出し、算出された前記第１ワイヤの疲労度と前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度との誤差を算出し、前記誤差を用いて前記第２ワイヤの疲労度を修正する請求項５に記載の電子装置。

【請求項7】

前記第１ワイヤは、前記第２ワイヤに比べて剛性が低い請求項１乃至６いずれか１項に記載の電子装置。

【請求項8】

第１電極対と、
第２電極対と、
前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、
前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、
前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、
を備える電子装置における故障判定方法であって、
第１検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する破断検出ステップと、
第２検出部が、前記第２ワイヤに対する負荷を検出する負荷検出ステップと、
算出部が、前記破断検出ステップにより破断が検出された後、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記負荷検出ステップにより検出された負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する疲労度算出ステップと、
を有する故障判定方法。

【請求項9】

第１電極対と、
第２電極対と、
前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、
前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、
前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、
前記第２ワイヤに対する負荷を検出する第１検出部と、
を備える電子装置における寿命推定方法であって、
第２検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する破断検出ステップと、
算出部が、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する疲労度算出ステップと、
推定部が、前記第２ワイヤの疲労度から前記第２ワイヤの寿命を推定する寿命推定ステップと、
を有する寿命推定方法。

【請求項10】

前記記憶部が、さらに前記第１ワイヤの疲労特性および予測される前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度を予め記憶し、
前記第１検出部が、さらに前記第１ワイヤに対する負荷を検出し、
前記算出部が、前記第１ワイヤの疲労特性と、前記第１検出部が検出した前記第１ワイヤに対する負荷とを用いて、前記第１検出部が前記第１ワイヤの破断を検出した時点の前記第１ワイヤの疲労度を算出する第1ワイヤ疲労度算出ステップと、
前記算出部が、算出された前記第１ワイヤの疲労度と前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度との誤差を算出する疲労度誤差算出ステップと、
前記算出部が、前記誤差を用いて前記第２ワイヤの疲労度を修正する疲労度修正ステップと、
をさらに有する請求項９に記載の寿命推定方法。

【請求項11】

第１電極対と、
第２電極対と、
前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、
前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、
前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、
を備える電子装置における故障判定プログラムであって、
第１検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する機能と、
第２検出部が、前記第２ワイヤに対する負荷を検出する機能と、
算出部が、前記第１ワイヤの破断が検出された後、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する機能と、
をコンピュータによって実行させるプログラム。

【請求項12】

第１電極対と、
第２電極対と、
前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、
前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、
前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、
前記第２ワイヤに対する負荷を検出する第１検出部と、
を備える電子装置における寿命推定プログラムであって、
第２検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する機能と、
算出部が、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する機能と、
推定部が、前記第２ワイヤの疲労度から前記第２ワイヤの寿命を推定する機能と、
をコンピュータによって実行させるプログラム。

【請求項13】

前記記憶部が、さらに前記第１ワイヤの疲労特性および予測される前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度を予め記憶する機能と、
前記第１検出部が、さらに前記第１ワイヤに対する負荷を検出する機能と、
前記算出部が、前記第１ワイヤの疲労特性と、前記第１検出部が検出した前記第１ワイヤに対する負荷とを用いて、前記第１検出部が前記第１ワイヤの破断を検出した時点の前記第１ワイヤの疲労度を算出する機能と、
前記算出部が、算出された前記第１ワイヤの疲労度と前記第1ワイヤの破断時の予測疲労度との誤差を算出する機能と、
前記算出部が、前記誤差を用いて前記第２ワイヤの疲労度を修正する機能と、
を更にコンピュータによって実行する請求項１２に記載のプログラム。

【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、故障判定方法、寿命推定方法、プログラムに関する。

【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、複数のワイヤによりモジュール内部の電気的な接続が行われている。また、ワイヤ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を防ぐために、パワーモジュールの筐体内には、ワイヤを被覆するシリコーンゲルが充填されている。

【0003】

しかしながら、電子装置に対して強い外力が連続的に作用する環境下では、慣性力により筐体内のシリコーンゲルが振動する。この振動により、ワイヤには繰返し応力が加わることになり、金属疲労によりワイヤやワイヤと他の部品との接合部が破断することがある。そこで、パワーモジュールの性能や安全性を確保するために、ワイヤの接続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２００３−２８２７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ワイヤの接続信頼性を向上させることが可能な電子装置、故障判定方法、寿命推定方法、プログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の電子装置は、第１電極対と、第２電極対と、前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、前記第１ワイヤの破断を検出する第１検出部とを備える
実施形態の故障判定方法は、第１電極対と、第２電極対と、前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材とを備える電子装置における故障判定方法であって、第１検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する破断検出ステップと、第２検出部が、前記破断検出ステップにより破断が検出された場合に前記電子装置が故障または故障直前の状態であると判定する故障判定ステップとを有する。

【0007】

実施形態の寿命推定方法は、第１電極対と、第２電極対と、前記第１電極対の電極間を接続する第１ワイヤと、前記第１ワイヤと略平行に設けられ、前記第２電極対の電極間を接続する第２ワイヤと、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲル状部材と、前記第２ワイヤの疲労特性を予め記憶する記憶部と、前記第２ワイヤに対する負荷を検出する第１検出部とを備える電子装置における寿命推定方法であって、第２検出部が、前記第１ワイヤの破断を検出する破断検出ステップと、算出部が、前記第２ワイヤの疲労特性と、前記負荷とを用いて、前記第２ワイヤの疲労度を算出する疲労度算出ステップと、推定部が、前記第２ワイヤの疲労度から前記第２ワイヤの寿命を推定する寿命推定ステップとを有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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】第二の実施形態に係る電子装置の構成図。

【図4】第二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5】温度振幅の発生頻度の一例を示す図。

【図6】ひずみ振幅の発生頻度の一例を示す図。

【図7】第二の実施形態に係る寿命推定部のフローチャート。

【図8】第三の実施形態に係る電子装置の構成図。

【図9】第三の実施形態に係る寿命推定部のフローチャート。

【図10】変形例に係るワイヤの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

【0010】

（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：Engine Control Unit）である。

【0011】

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、パワーモジュール１００内のワイヤ５０の切断を検出する破断検出部２１０を有するCPU（Central Processing Unit）等の演算装置２００、不揮発性メモリやHDD（Hard Disk Drive）等の記憶装置３００を備える。また、パワーモジュールの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。

【0012】

図２は、パワーモジュール１００の概略図である。図２（a）は、パワーモジュール１００の断面図、図２（b）は、図２（a）中の矢印Ａ方向よりパワーモジュール１００を俯瞰した図である。

【0013】

図２のパワーモジュール１００は、筐体１０、絶縁基板２０、第１素子３０、第２素子４０、ワイヤ５０としての、第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,e、シリコーンゲル６０を備える。

【0014】

筐体１０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１０内には、絶縁基板２０、第１素子３０、第２素子４０、第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,e、シリコーンゲル６０が収納されている。

【0015】

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配線基板である。絶縁基板２０の表面は、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おり、パワーモジュール１００内部での電気的な接続やパワーモジュール１００内部と外部との電気的な接続を確保する役割を持つ。絶縁基板２０の表面には、複数の電極２１がy軸方向に沿って形成されている。

【0016】

第１素子３０は、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー素子である。第１素子３０は、はんだ接合等により絶縁基板２０に接合されている。第１素子３０の表面には、複数の電極３１，３２がy軸方向に沿って形成されている。このとき、複数の電極２１と複数の電極３２とは、y軸方向にそれらの間隙および位置を揃えて配置され、x軸方向に対向する電極２１と電極３２とは略平行に電極対を形成するよう配置されている。ここで、略平行に配置された電極対のうち、図２（ｂ）のｙ軸方向上側および下側の電極対がそれぞれ第１電極対および第２電極対であり、それら第１電極対および第２電極間に、略平行に設けられる電極対が第３電極対となる。

【0017】

第２素子４０は、例えば整流作用を有するダイオードである。第２素子４０は、はんだ接合等により絶縁基板２０に接合されている。第２素子４０の表面には、複数の電極４１がy軸方向に沿って形成されている。このとき、第１素子３０上の複数の電極３１と第２素子４０の複数の電極４１とは、y軸方向にそれらの間隙および位置を揃えて配置され、x軸方向に対向する電極３１と電極４１とは略平行に電極対を形成するよう配置されている。ここで、略平行に配置された電極対のうち、図２（ｂ）のｙ軸方向上側および下側の電極対がそれぞれ第４電極対および第５電極対であり、それら第４電極対および第５電極間に、略平行に設けられる電極対が第６電極対となる。

【0018】

なお、第２素子４０は、ダイオードに限られず、第１素子３０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。また、略平行とは、各電極対の電極間の距離の範囲で、電極対同士が交差しない程度であればよい。

【0019】

第１ワイヤ５０d,fは、第１電極対の電極間および第２電極対の電極間をそれぞれ電気的に接続する導電性の部材であり、第１ワイヤa,cは、第４電極対の電極間および第５電極対の電極間をそれぞれ電気的に接続する導電性の部材である。また、第２ワイヤ５０eは、第３電極対の電極間を電気的に接続する導電性の部材であり、第２ワイヤbは、第６電極対の電極間を電気的に接続する導電性の部材である。すなわち、本実施の形態では、第１ワイヤおよび第２ワイヤのうち５０a,b,cは、第１素子３０と第２素子４０を電気的に接続する導電性の部材、また、５０d,e,fは、第１素子３０と絶縁基板２０を電気的に接続する導電性の部材である。ワイヤ５０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。また、第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,eはｚ軸方向に凸の形状を有している。

【0020】

第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,eと各電極とは、例えば超音波接合等により接合されている。

【0021】

シリコーンゲル６０は、筐体１０内に充填され、少なくとも第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,eを被覆している。シリコーンゲル６０は、隣接するワイヤ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。

【0022】

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。

【0023】

図１の破断検出部２１０は、絶縁基板２０の配線を介して、第１ワイヤ５０a,cの少なくとも一方または第１ワイヤ５０d,fの少なくとも一方にそれぞれ電気的に接続される。破断検出部２１０は、第１ワイヤ５０a,c,d,fの破断（破断直前の状態も含む）を検出する。破断の検出は、破断検出部２１０は、微弱な電流（例えば、0.01A程度）を破断検出部２１０と接続される第１ワイヤ５０a,c,d,fに対して流す。そして、第１ワイヤ５０a,c,d,fの電気特性（例えば、電気抵抗、インピーダンス等）を測定し、既定の閾値と比較することにより第１ワイヤ５０a,c,d,fが破断したこと、または破断直前の状態であることを検出する。検出は、逐次行うものであってもよいし、定期的に行うものであってもよい。たとえば、電源の供給が開始または終了するタイミングで検出を行い、それ以外の時間は定期的に検出を行うことにより、使用開始直後と終了の状態と、使用中の状態を時系列的に検出することもできる。

【0024】

例として、破断検出部２１０が電気抵抗を測定する場合には、予め記憶装置３００に記憶させる電気抵抗の第１閾値および第１閾値よりも大きい第２閾値と比較する。このとき、測定により得られる電気抵抗が第１閾値以上第２閾値未満の場合に、第１ワイヤ５０a,c,d,fは破断直前の状態であると検出する。また、第２閾値以上の場合に、第１ワイヤ５０a,c,d,fは破断状態であると検出する。なお、閾値の設定（例えば電気抵抗の逆数等）によっては、閾値以下の場合に検出するものであってもよい。また、閾値より大きい（または閾値より小さい）場合に検出するものであってもよい。このとき、破断検出部２１０は、電子装置１が故障、または故障直前の状態にあるものと判定する。また、出力装置４００は、破断検出部２１０の判定結果をユーザや外部の機器に対して知らせる。

【0025】

電子装置１に対して振動等の外力が作用すると、シリコーンゲル６０は、慣性力により筐体１０内を振動する。この際のシリコーンゲル６０の移動に引きずられる形で第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,eが変形する。特に、第１ワイヤ５０a,c,d,fおよび第２ワイヤ５０b,eの延伸方向に対して略垂直な方向（図２（ｂ）のｙ軸方向）に振動が作用する際に、各ワイヤは大きく変形する。また、ワイヤ５０の配置密度が高い領域と、低い領域とではシリコーンゲル６０の移動量に差があり、密度が低い領域でシリコーンゲル６０はより大きく移動する。すなわち、隣接するワイヤ５０間の延伸方向とは垂直な方向の距離に比べて、複数平行に配置されるワイヤ５０の中で外側に配置される第１ワイヤ５０a,c,d,fと筐体１０の内壁との距離が大きい場合には、第１ワイヤ５０a,c,d,fは第２ワイヤ５０b,eより大きく変形することになる。ここで、配置密度の高低としては、隣接するワイヤ５０間の距離の大小として定義することができる。すなわち、隣接するワイヤ５０間の距離が大きければ大きいほど配置密度は低く、ワイヤ５０間の距離が小さければ小さいほど配置密度は高くなる。また、隣接するワイヤ５０がない場合には、延伸方向とは垂直な方向に最も近い筐体１０の内壁との距離の大小として定義することができる。

【0026】

そこで、前述のように第１ワイヤ５０a,c,d,fを、破断検出部２１０と接続される破断検出用のワイヤ（ダミーワイヤ）とすることで、この第１ワイヤ５０a,c,d,fの破断を検出する。この際、第２ワイヤ５０b,eを電子装置１で機能上必要となるワイヤ（信号線）とする。その結果、ダミーワイヤとしての第１ワイヤ５０a,c,d,fの破断を検出することで、信号線としての第２ワイヤ５０b,eの破断の危険性があることを事前に推定することができる。また、第２ワイヤ５０b,eが破断に近い状態にあることをユーザや外部の機器に知らせることができる。

【0027】

なお、本実施形態では、外側に配置される第１ワイヤ５０a,c,d,fすべてを破断検出用のダミーワイヤとして説明したが、第１ワイヤ５０a,c,d,fのいずれか、例えばワイヤ５０a,dを破断検出用のダミーワイヤとして使用することができる。この際は、残りのワイヤ５０c,fを信号線とすることも可能である。また、破断検出用のダミーワイヤは信号線を兼ねるものであってもよいし、信号線とは電気的に独立するものであってもよい。

【0028】

また、各電極としてはｙ軸方向に沿って複数設けられるものを例に説明をしたが、各電極対の一方の電極が一体に、かつ各電極対の他方の電極が一体に形成される、すなわち、電極２１，３１，３２，４１がそれぞれ一体に形成されるものであってもよい。

【0029】

本実施形態の電子装置１によれば、第１ワイヤの破断検出により、事前に第２ワイヤの破断を判定することができ、ワイヤ（信号線）の接続信頼性を向上させることができる。また、電子装置１が性能劣化または使用不能に陥る前に、電子装置１の状態をユーザや外部の機器に知らせることが可能となる。

【0030】

（第二の実施形態）
図３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４は、パワーモジュール５００の概略図である。図４（a）は、パワーモジュール５００の断面図、図４（b）は、図４（a）中の矢印Ｂ方向にパワーモジュール５００を俯瞰した図である。なお、図１の電子装置２、および図２のパワーモジュール１００と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0031】

本実施形態では、パワーモジュール５００が負荷センサ７０を、演算装置６００が寿命推定部６１０をさらに備える点で図１の電子装置１とは異なる。寿命推定部６１０は、算出部６１０a、推定部６１０bを備える。

【0032】

一般に、ワイヤ５０に用いられているアルミニウム等の金属には、ひずみ振幅Δεと、破断までのひずみ振幅Δεの繰り返し数N_fとの間には、次式で示される関係が存在する。

【数1】

【0033】

ここで、α、βは材料の疲労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。一般的な金属材料では、βは0.4〜0.7程度の値をとる。

【0034】

本実施形態では、事前のシミュレーションや実験等により、ワイヤ５０に作用する負荷（温度振幅や加速度振幅）とワイヤ５０に発生するひずみ振幅との関係を調べておき、記憶装置３００に格納しておく。そして、負荷センサ７０が検出する負荷の時間履歴を用いて、ワイヤ５０の寿命を高精度に推定する。本実施形態では、記憶装置３００には、温度振幅をひずみ振幅に変換するための関係式が格納されている。

【0035】

負荷センサ７０は、例えばパワーモジュール５００（筐体１０）内に設けられ、パワーモジュール５００内部のワイヤ５０に作用する負荷の時間履歴を検出する。なお、ここでの負荷とは、ワイヤ５０の内部応力変化（またはひずみ変化）に影響を与え得る、すなわちワイヤ５０に対して金属疲労を与える負荷であり、例えば温度や加速度等である。負荷センサ７０としては、例えばパワーモジュール５００内の温度の時間履歴を検出するサーミスタや、ワイヤ５０に対して作用する加速度の時間履歴を検出する静電容量型等のMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）加速度センサ等を用いることができる。なお、負荷センサ７０が検出した負荷の時間履歴情報は記憶装置３００に格納する。以下では、負荷センサ７０としては、例としてサーミスタが用いられる。

【0036】

寿命推定部６１０は、破断検出部２１０が第１ワイヤ５０a,c,d,fいずれかの破断を検出した後、負荷センサ７０が検出する温度の時間履歴情報と、記憶装置３００に予め格納されている温度振幅をひずみ振幅に変換する関係式とを用いて、ワイヤ５０の寿命を推定する。

【0037】

以下、図７のフローチャートを参照して、寿命推定部６１０の動作について説明する。

【0038】

算出部６１０aは、負荷センサ７０から得られる温度の時間履歴情報に対して、例えばサイクルカウント等のアルゴリズムを適用することで、図５に示すように温度の振幅と数をカウントする。また、記憶装置３００に格納されているテーブルを参照して、図６に示すように図５と同様の温度振幅をひずみ振幅に変換する（S１０１）。

【0039】

算出部６１０aは、記憶装置３００から得られるパラメータα、β、図６のように得られるひずみ振幅を用いて、ワイヤ５０の疲労度合いを示す疲労度Dを、例えば次式により算出する（S１０２）。ただし、次式におけるインデックスiは、１以上n以下の整数である。

【数2】

【0040】

ここで、疲労度Dが１に近づくとワイヤ５０は破断する（または破断に近い状態である）と考えられるために、推定部６１０bは、疲労度Dを既定の閾値（例えば20%の安全率を見込んだ場合には、0.8）と比較することにより、ワイヤ５０の寿命を推定する（S１０３）。なお、寿命を推定するとは、例えば疲労度Dが閾値以上の場合には、ワイヤ５０が破断直前の状態である（寿命である）と判定することを言う。なお、閾値の取り方（例えば疲労度の逆数等）によっては、閾値以下の場合に寿命を判定するものであってもよい。また、閾値より大きい（または閾値より小さい）場合に判定するものであってもよい。

【0041】

疲労度Dが閾値以上の場合には、出力装置４００は、パワーモジュール５００が故障または故障直前であることをユーザや外部の機器に対して知らせる（S１０４）。疲労度Dが閾値より小さい場合には、再度S１０１に戻り、S１０１乃至S１０３のステップを繰り返し行う。なお、以上の処理（S１０１乃至S１０４）は、信号線５０b,eのみに対して行うものであってもよいし、破断していないダミーワイヤを含めたワイヤ５０に対して行うものであってもよい。

【0042】

本実施形態の電子装置２によれば、ワイヤの寿命を推定することができ、ワイヤ（信号線）の接続信頼性を向上させることができる。

【0043】

（第三の実施形態）
図８は、第三の実施形態に係る電子装置３の構成図である。なお、図３の電子装置２と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。

【0044】

負荷センサ７０の検出誤差や、ワイヤ５０の個体差等の影響により、寿命推定部６１０が算出する疲労度が、予め予測された破断までの疲労度である１に達する前後に第１ワイヤ５０a,c,d,fが破断する場合がある。

【0045】

本実施形態では、寿命推定部６２０は、破断検出部２１０が第１ワイヤ５０a,c,d,fいずれかの破断を検出した後、予め予測された第１ワイヤ５０a,c,d,fの破断までの疲労度に基づいて誤差を修正した疲労度を用いて、ワイヤ５０の寿命を高精度に推定する。寿命推定部６２０は、算出部６２０a、推定部６２０bを備える。なお、破断までの疲労度は記憶装置３００に記憶しておくことができる。

【0046】

ここでは、ダミーワイヤ５０aが破断した場合を例に説明する。なお、以下では、ダミーワイヤ５０aが破断した時点におけるワイヤ５０a〜fの疲労度をD_a〜D_fと表す。

【0047】

以下、図９のフローチャートを参照して、寿命推定部６２０の動作について説明する。

【0048】

算出部６２０aは、負荷センサ７０から得られる温度の時間履歴情報に対して、第二の実施形態と同様に例えばサイクルカウント等のアルゴリズムを適用することで、温度振幅をひずみ振幅に変換する（S２０１）。そして、算出部６２０aは、ダミーワイヤ５０aが破断した時点において、記憶装置３００から得られるパラメータα、βを用いて、破断したダミーワイヤ５０aの疲労度D_aを算出する（S２０２）。

【0049】

この際、予め予測された破断までの疲労度は本実施形態では１なので、疲労度D_aの逆数1/D_aが疲労度D_aの誤差の割合となる。そこで、算出部６２０aは、破断したダミーワイヤ５０a以外のワイヤ５０b〜５０fの疲労度D_b〜D_fにも、同様の割合で誤差があるものと仮定して、ワイヤ５０b〜５０fの疲労度D_b〜D_fの誤差を修正する。

【0050】

具体的には、算出部６２０aは、破断したダミーワイヤ５０aに対して算出される疲労度D_aの逆数1/D_aを誤差として算出する（S２０３）。また、その他のワイヤ５０b〜５０fに対しても同様に疲労度D_b〜D_fを算出する（S２０４）。そして、疲労度D_b〜D_fに対して、誤差1/D_aを乗算することで、修正された疲労度D_b’〜D_f’を算出する（S２０５）。推定部６２０bは、この修正された疲労度D_b’〜D_f’と、閾値とを比較することで、ワイヤ５０b〜５０fの寿命を推定する（S２０６）。修正された疲労度D_b’〜D_f’の算出は、D_aが1以下の場合のみに行ってもよい。D_aが1以下の場合のみ疲労度を修正することにより、修正された疲労度D_b’〜D_f’は対応するD_b〜D_fに対して必ず大きい値になり、より安全側（短寿命側）の寿命推定をすることができる。

【0051】

修正された疲労度D_b’〜D_f’が閾値以上の場合には、出力装置４００は、パワーモジュール５００が故障または故障直前であることをユーザや外部の機器に対して知らせる（S２０７）。

【0052】

修正された疲労度D_b’〜D_f’が閾値より小さい場合には、再度S２０１に戻り、S２０１、S２０４、S２０５のステップ（点線）を繰り返し行う。

【0053】

本実施形態の電子装置３によれば、誤差の修正された疲労度を用いることで、ワイヤの寿命を高精度に推定することが可能になる。

【0054】

（変形例）
変形例に係るワイヤ５０は、パワーモジュール６００のワイヤ５０が、第１ワイヤ５０a,c,d,fと、第２ワイヤ５０b,eとでは異なる形状を有している。電子装置の機能を担う第２ワイヤ５０b,eの接続信頼性を優先的に向上させるためには、第１ワイヤ５０a,c,d,fが第２ワイヤ５０b,eよりも先に破断することが好ましい。

【0055】

そこで、本変形例では、シリコーンゲル６０の移動に伴い、第２ワイヤ５０b,eに比べて第１ワイヤ５０a,c,d,fがより大きく変形するように、第２ワイヤ５０b,eよりも負荷を受けやすい形状であるか、またはワイヤ５０b,eよりも低い剛性を有する第１ワイヤ５０a,c,d,fを用いる。

【0056】

図１０（a）の例では、第１ワイヤ５０a,c,d,fの高さＨを第２ワイヤ５０b,eの高さhよりも高くすることにより、第１ワイヤ５０a,c,d,fが周囲のシリコーンゲルから受ける力をより受けやすい形状にしている。なお、ここでの高さとしては、例えば各電極の表面から、凸状のワイヤ５０の頂点までのz軸方向の距離を用いる。

【0057】

また、図１０（b）の例では、第１ワイヤ５０a,c,d,fの一部に錘８０を設けることにより、第１ワイヤ５０a,c,d,fの質量を増やし、外力による慣性力をより受けやすい形状にしている。錘８０は、第１ワイヤ５０a,c,d,fに金属を溶着して設けられるものであってもよいし、第１ワイヤ５０a,c,d,fの太さを部分的に太くすることにより設けられるものであってもよい。

【0058】

また、図１０（c）のように、各電極と第１ワイヤ５０との接続部におけるワイヤ５０a,c,d,fの曲率半径Ｒを、第２ワイヤ５０b,eの曲率半径Ｒよりも小さくすることで、第１ワイヤ５０a,c,d,fの剛性を低くしても良い。

【0059】

以上説明した少なくとも１つの実施形態の電子装置によれば、ワイヤの接続信頼性を向上させることが可能となる。

【0060】

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。

【0061】

以下に、本願原出願の特許査定時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

【0062】

[１] 第１電極対と、前記第１電極対に対して略平行に設けられる第２電極対と、前記第１電極対および前記第２電極対間に、前記第１電極対および前記第２電極対に対して略平行に設けられる第３電極対と、前記第１電極対の電極間および前記第２電極対の電極間をそれぞれ電気的に接続する第１ワイヤと、前記第３電極対の電極間を電気的に接続する第２ワイヤと、前記第１ワイヤおよび前記第２ワイヤを被覆するゲルと、前記第１ワイヤの少なくとも一方の破断を検出する第１検出部と、を備える電子装置。

【0063】

[２] 前記第１電極対、前記第２電極対および前記第３電極対は、各電極対の一方の電極が一体に、かつ各電極対の他方の電極が一体に設けられる[１]に記載の電子装置。

【符号の説明】

【0064】

１、２、３・・・電子装置
１０・・・筐体
２０・・・絶縁基板
３０・・・第１素子
４０・・・第２素子
５０・・・ワイヤ
６０・・・シリコーンゲル
７０・・・負荷センサ
８０・・・錘
２１、３１、３２、４１・・・電極
１００、５００・・・パワーモジュール
２００、６００・・・演算装置
２１０・・・破断検出部
６１０、６２０・・・寿命推定部
６１０a、６２０a・・・算出部
６１０b、６２０b・・・推定部
３００・・・記憶装置
４００・・・出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】