特許 7739244 損傷判定システム、損傷判定装置、損傷判定方法及びコンピュータプログラム

(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】

(24)【登録日】2025-09-05

(45)【発行日】2025-09-16

(54)【発明の名称】損傷判定システム、損傷判定装置、損傷判定方法及びコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20250908BHJP

【ＦＩ】

G01N29/14

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022146998

(22)【出願日】2022-09-15

(65)【公開番号】P2024042343

(43)【公開日】2024-03-28

【審査請求日】2024-09-06

(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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】文倉 智也

(72)【発明者】

【氏名】碓井 隆

(72)【発明者】

【氏名】久國 陽介

(72)【発明者】

【氏名】加納 明

(72)【発明者】

【氏名】門田 朋子

(72)【発明者】

【氏名】廣畑 賢治

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４４１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４９４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－１４８０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１５０３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４９８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１０７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１８１９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２０８８５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｒ ３１／２６ － Ｇ０１Ｒ ３１／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放熱用基板を他の構成部材と接合する１以上の接合部を有する１以上の半導体装置と、
前記１以上の半導体装置の前記１以上の接合部で発生した弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、温度変化が少ない状態が維持されている時間を表す保持時間が、第１閾値以上第２閾値以下の時間であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第１条件、又は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部の損傷を判定する損傷判定部と、
を備える損傷判定システム。

【請求項2】

前記温度に基づく第１条件、又は、前記温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部における弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部をさらに備え、
前記損傷判定部は、前記位置標定部による標定結果に基づいて前記１以上の接合部における損傷面積の割合を推定し、推定した前記損傷面積の割合が閾値以上である場合に損傷が発生していると判定する、請求項１に記載の損傷判定システム。

【請求項3】

前記複数のセンサそれぞれにより検出された複数の弾性波に対して信号処理を行う信号処理部と、
温度に基づいて、前記信号処理部の稼働を制御する稼働制御装置と、
をさらに備え、
前記稼働制御装置は、前記温度に基づく第１条件を満たす場合に、前記保持時間が前記第１閾値以上となったタイミングで前記信号処理部を起動する、請求項１又は２に記載の損傷判定システム。

【請求項4】

前記稼働制御装置は、前記温度に基づく第１条件を満たさなくなったタイミングで前記信号処理部を停止させる、請求項３に記載の損傷判定システム。

【請求項5】

前記１以上の半導体装置の周辺の温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記稼働制御装置は、前記温度センサにより計測された温度情報に基づいて、前記温度に基づく第１条件を満たすか否かを判定する、請求項３に記載の損傷判定システム。

【請求項6】

電流を温度に変換するための変換式を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記稼働制御装置は、前記１以上の半導体装置に供給されている電流値を取得し、前記記憶装置に記憶されている前記変換式を用いて、取得した前記電流値を温度に変換し、変換後の温度情報に基づいて、前記温度に基づく第１条件を満たすか否かを判定する、請求項３に記載の損傷判定システム。

【請求項7】

前記複数のセンサそれぞれにより検出された複数の弾性波に対して信号処理を行う信号処理部と、
前記温度に基づく第２条件を満たす場合に、前記温度に基づく第２条件を満たしている間に前記信号処理部で信号処理された弾性波を抽出し、前記温度に基づく第２条件を満たしていない間に前記信号処理部で信号処理された弾性波を破棄するフィルタ部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の損傷判定システム。

【請求項8】

前記１以上の半導体装置の周辺の温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記フィルタ部は、前記温度センサにより計測された温度情報に基づいて、前記温度に基づく第２条件を満たすか否かを判定する、請求項７に記載の損傷判定システム。

【請求項9】

電流を温度に変換するための変換式を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記フィルタ部は、前記１以上の半導体装置に供給されている電流値を取得し、前記記憶装置に記憶されている前記変換式を用いて、取得した前記電流値を温度に変換し、変換後の温度情報に基づいて、前記温度に基づく第２条件を満たすか否かを判定する、請求項７に記載の損傷判定システム。

【請求項10】

接合部毎の平均累積損傷値が記憶された記憶部と、
前記損傷判定部により損傷が発生していると判定された場合に、前記記憶部に記憶されている接合部毎の平均累積損傷値を補正する補正部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の損傷判定システム。

【請求項11】

前記１以上の半導体装置は、複数の半導体装置であり、
前記複数の半導体装置が組み込まれた変換装置と、
前記複数の半導体装置の各接合部の疲労寿命の事前確率分布が記憶された記憶部と、
前記損傷判定部により損傷が発生していると判定された場合に、前記複数の半導体装置の各接合部の疲労寿命の事前確率分布を算出する算出部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の損傷判定システム。

【請求項12】

放熱用基板を他の構成部材と接合する１以上の接合部を有する１以上の半導体装置の前記１以上の接合部で発生した弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、温度変化が少ない状態が維持されている時間を表す保持時間が、第１閾値以上第２閾値以下の時間であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第１条件、又は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部の損傷を判定する損傷判定部、
を備える損傷判定装置。

【請求項13】

放熱用基板を他の構成部材と接合する１以上の接合部を有する１以上の半導体装置の前記１以上の接合部で発生した弾性波を検出し、
検出された複数の弾性波のうち、温度変化が少ない状態が維持されている時間を表す保持時間が、第１閾値以上第２閾値以下の時間であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第１条件、又は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部の損傷を判定する損傷判定方法。

【請求項14】

放熱用基板を他の構成部材と接合する１以上の接合部を有する１以上の半導体装置の前記１以上の接合部で発生した弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、温度変化が少ない状態が維持されている時間を表す保持時間が、第１閾値以上第２閾値以下の時間であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第１条件、又は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部の損傷を判定する判定ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、損傷判定システム、損傷判定装置、損傷判定方法及びコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

産業システムやインフラ構造物において、信頼性及び安全性の問題が生じる前に対策を講じるために、構造物の状態を監視するための技術が知られている。例えば、構造物の状態を監視するための技術として、疲労き裂の発生や進展、又は、材料の変形に伴い発生する弾性波を、高感度センサにより検出するアコースティック・エミッション（ＡＥ：Acoustic Emission）方式が知られている。

【0003】

パワーモジュール等の半導体装置では、電源のオンオフ動作によるパワーサイクルや環境温度変化による熱サイクルが繰り返し行われる。そのため、半導体装置における半導体チップ下の接合部やＤＢＣ（Direct Bonding Copper）基板等の実装基盤下の接合部は、各部材間の線膨張係数の差に起因する熱疲労の影響を受ける。このような熱疲労の影響により、半導体装置は、接合部の破断や配線部の断線等の故障が生じやすい。従来では、電圧変動や熱抵抗変動により、半導体装置の故障予兆検知が行われている。しかし、従来の方法では、半導体装置内部の接合部の劣化を高精度に検出することができない場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１４４１３１号公報

【文献】特許第６７４２４４８号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】Chanyang Choe, Chuantong Chen, Shijo Nagao, Katsuaki Suganuma, “Real-Time Acoustic Emission Monitoring of Wear-Out Failure in SiC Power Electronic Devices During Power Cycling Tests”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 36, NO. 4, (2021).

【文献】H. C. Huang, T. Y. Hung, S. Y. Lin, K. H. Liao, C. C. Wang, K. N. Chiang,“Reliability Assessment of the Temperature Profiles Effect on the Power Module”, 37th National Conference on Theoretical and Applied Mechanics (37th NCTAM 2013) & The 1st International Conference on Mechanics (1st ICM), Procedia Engineering 79 ( 2014 ), p.333-338.

【文献】Akira Kano, Tomoko Monda, Tomoyuki Suzuki, Hideaki Uehara, Tomoya Fumikura, Kenji Hirohata, “PROGNOSTIC HEALTH MONITORING METHOD FOR THERMAL FATIGUE FAILURE OF POWER MODULES BASED ON FINITE ELEMENT METHOD-BASED LAGRANGIAN NEURAL NETWORKS”, Proceedings of the ASME 2021 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE2021-70783, (2021)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、半導体装置内部の接合部の劣化を高精度に検出することができる損傷判定システム、損傷判定装置、損傷判定方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の損傷判定システムは、１以上の半導体装置と、複数のセンサと、損傷判定部とを持つ。１以上の半導体装置は、放熱用基板を他の構成部材と接合する１以上の接合部を有する。複数のセンサは、前記１以上の半導体装置の前記１以上の接合部で発生した弾性波を検出する。損傷判定部は、前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、温度変化が少ない状態が維持されている時間を表す保持時間が、第１閾値以上第２閾値以下の時間であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第１条件、又は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことを条件とする温度に基づく第２条件のいずれかを満たした弾性波に基づいて、前記１以上の接合部の損傷を判定する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態における半導体装置の断面模式図。

【図2】温度サイクル試験において使用したシステムの構成例を表す図。

【図3】温度サイクル試験により得られた熱サイクル中の温度と弾性波の検出数とピーク振幅の関係を示す図。

【図4】第１の実施形態における損傷判定システムの構成を示す図。

【図5】第１の実施形態における複数のセンサの配置例を示す図。

【図6】第１の実施形態における信号処理部の機能を表す概略ブロック図。

【図7】第１の実施形態におけるＡＦＥの機能を表す概略ブロック図。

【図8】第１の実施形態における制御部の機能を表す概略ブロック図。

【図9】第１の実施形態における放熱基板下の接合部に損傷が発生している例と、標定される弾性波源の位置のイメージを示す図。

【図10】第１の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図11】第１の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図12】第２の実施形態における損傷判定システムの構成を示す図。

【図13】第２の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図14】第２の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図15】第３の実施形態における損傷判定システムの構成を示す図。

【図16】第３の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図17】第３の実施形態における損傷判定システムが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図。

【図18】第４の実施形態における損傷判定システムの構成を示す図。

【図19】第４の実施形態における補正部が行う補正方法を説明するための図。

【図20】第５の実施形態におけるインバーター装置の構成を示す図

【図21】第５の実施形態における損傷判定システムの構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の損傷判定システム、損傷判定装置、損傷判定方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。

【0010】

（概要）
まず実施形態における損傷判定システムの概要について説明する。実施形態における損傷判定システムでは、パワーモジュール等の半導体装置内部の接合部の損傷検知にアコースティック・エミッション（ＡＥ：Acoustic Emission）法を適用する。すなわち、実施形態における損傷判定システムでは、半導体装置内部の接合部の損傷を非破壊で検出する。図１は、実施形態における半導体装置１の断面模式図を示す。図１に示すように、半導体装置１は、ヒートシンク２上に備えられる。ヒートシンク２は、半導体装置１に生じる熱を吸収し、吸収した熱を空気中に発散（放熱）することで半導体装置１の冷却を行う部品である。半導体装置１とヒートシンク２との間は、グリースのような潤滑剤Ｇで満たされる。これにより、半導体装置１とヒートシンク２との間に空気などの隙間ができないようにし、半導体装置１で発生した熱がスムーズにヒートシンク２に伝わり、半導体装置１が冷却される。

【0011】

半導体装置１は、１以上のパワー半導体３と、放熱用基板４と、Ｃｕベースプレート５とを備える。Ｃｕベースプレート５上に接合部８を介して放熱用基板４が接合され、放熱用基板４上に接合部９を介してパワー半導体３が接合される。このように、接合部８，９は、放熱用基板４を他の構成部材（例えば、パワー半導体３又はＣｕベースプレート５）と接合する。接合部８，９には、接着剤又ははんだ等が用いられてもよい。実施形態における半導体装置１は、１以上の接合部を介して積層構造で構成される装置であれば図１に示す構造に限定されない。なお、半導体装置１は、Ｃｕベースプレート５を備えなくてもよい。

【0012】

パワー半導体３は、ＳＯＰ(Small Outline Package)等の半導体パッケージである。なお、パワー半導体３は、半導体パッケージであればどのような用途に用いられる半導体パッケージであってもよい。放熱用基板４は、パワー半導体３で発生する熱を逃がすために用いられる基盤である。放熱用基板４は、例えば、ＤＢＣ基板又はＤＢＡ（Direct Bonding Aluminum）基盤等である。以下の説明では、一例として、放熱用基板４がＤＢＣ基板である場合を例に説明する。放熱用基板４は、Ｃｕ６－１，６－２と、セラミック絶縁基板７とで構成される。

【0013】

Ｃｕ６－１，６－２は、銅であり、セラミック絶縁基板７の各面に接合される。例えば、図１に示すように、Ｃｕ６－１は、セラミック絶縁基板７の第１面（上部）に接合され、Ｃｕ６－２は、セラミック絶縁基板７の第２面（下部）に接合される。セラミック絶縁基板７は、窒化アルミニウムセラミックス又は窒化ケイ素セラミックス等のセラミックスで構成される絶縁回路基板である。Ｃｕベースプレート５は、パワー半導体３で発生する熱をヒートシンク２に放熱するための放熱板である。Ｃｕベースプレート５は、ヒートシンク２にボルトＢ等で固定される。これにより、半導体装置１をヒートシンク２に固定することができる。半導体装置１には、Ｃｕベースプレート５に代えて他の放熱板が用いられてもよい。

【0014】

図１に示す各接合部８，９は、素子駆動に伴う温度負荷（パワーサイクル）や環境温度変化により、各部材間の線膨張係数の差に起因する熱疲労の影響を受ける。電源のオンオフ動作による周期が長いと素子から発生した熱が半導体装置１全体に伝わり、主に放熱用基板４下の接合部８が損傷することが知られている。発明者らは、温度サイクル試験により、熱サイクル中の弾性波を計測した。温度サイクル試験は、電子部品の外部環境あるいは自己発熱により、温度が繰り返し変化する環境を想定し、温度変化による熱ストレスを与えて耐性を確認する環境試験である。雰囲気温度で加熱することで、半導体装置１全体が加熱され、長周期のパワーサイクルに近い状態での試験が可能である。

【0015】

温度サイクル試験による弾性波計測系の構成を図２に示す。図２は、温度サイクル試験において使用したシステムの構成例を表す図である。アルミニウム板ＡＬには、半導体装置１と、４つのセンサ１０と、温度センサ２０とを配置した。具体的には、アルミニウム板ＡＬには、半導体装置１を囲うようにセンサ１０を４つ（ＣＨ１～ＣＨ４のセンサ）配置し、半導体装置１の近傍に温度センサ２０を配置した。センサ１０は、半導体装置１から発生する弾性波を検出する。各センサ１０は、増幅器３０を介して信号処理部４０とケーブルで接続され、温度センサ２０は、信号処理部４０と直接ケーブルで接続され、信号処理部４０により弾性波を計測して計測結果を損傷判定装置５０に表示した。

【0016】

図３は、温度サイクル試験により得られた熱サイクル中の温度と弾性波の検出数とピーク振幅の関係を示す図である。図３において、横軸は時間を表し、左の縦軸は温度を表し、右の縦軸はピーク振幅を表す。図３に示す各点Ｐ１は検出された弾性波を表し、各線Ｌ１は温度センサ２０で計測された温度の変化を表す。なお、１つの線Ｌ１における立ち上がりから立ち上がりまでの期間が熱サイクルにおける１サイクルの温度履歴を表す。図３に示すように、全ての熱サイクル中に弾性波の検出が確認された。これは、き裂が生じる際に発生する一次ＡＥではなく、材料の変形、材料の摩擦又は材料の摩耗により生じる二次ＡＥを検出していると考えられる。ここで１サイクルの温度履歴を、過程Ａから過程Ｆの６つの過程に分類し、各過程の弾性波の検出数とピーク振幅の傾向について説明する。

【0017】

・過程Ａ 昇温過程１：急速に温度が上昇（温度変化が大きい）
・過程Ｂ 昇温過程２：ゆるやかに温度が上昇
・過程Ｃ 温度保持時間（高温側）：温度変化が小さい
・過程Ｄ 降温過程１：急速に温度が低下（温度変化が大きい）
・過程Ｅ 降温過程２：ゆるやかに温度が低下
・過程Ｆ 温度保持時間（低温側）：温度変化が小さい

【0018】

図３より、過程Ａ及び過程Ｄのように急激に温度が変化する場合（温度変化が大きい場合）、ピーク振幅が大きく、かつ、多くの弾性波が検出されていることがわかる。過程Ｂ及び過程Ｅでは、弾性波は検出されるもののピーク振幅が小さくなる。さらに、低温の過程Ｅでは、弾性波の検出数が少ないこともわかる。過程Ｃ及び過程Ｆでは、弾性波は検出されるもののピーク振幅が小さいことが分かる。さらに、低温の過程Ｆでは、弾性波の検出数が少ないこともわかる。弾性波は、き裂が発生及び進展した時以外にも、弾性変形又は非弾性変形に伴い発生する。過程Ａ及び過程Ｄの温度変化が大きい時に振幅が大きい弾性波が検出されていることから、過程Ａ及び過程Ｄでは、各構成部材の線膨張係数のミスマッチにより放熱用基板４やＣｕベースプレート５の弾性変形、接合部８，９の弾性変形及び非弾性変形により発生した弾性波が主に検出されていると考えられる。

【0019】

一方で、過程Ｃ及び過程Ｆでも、各構成部材の線膨張係数のミスマッチによる影響が過程Ａ及び過程Ｄに比べて小さいにも関わらず弾性波が発生している。ここで、非特許文献２を用いて詳細に説明する。非特許文献２のｐ．３３７には、ＦＥＭ解析によるＳｎ－Ａｇ系はんだの累積クリープひずみと時間に関する図が示されている（例えば、Ｆｉｇ．７）。非特許文献２のＦｉｇ．７におけるdwell at 125は過程Ｃに相当し、dwell at - 40は過程Ｆに相当する。

【0020】

非特許文献２のＦｉｇ．７におけるdwell at 125及びdwell at - 40では、わずかに非弾性ひずみ（クリープひずみ）が生じる。これは、接合材料（例えば、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ）のクリープ特性によるものであり、温度が高い程、クリープによる非弾性変形は顕著になる。このように、過程Ｃ及び過程Ｆの温度変化が小さい過程で検出された弾性波は接合材料のクリープによる非弾性変形量と対応していると考えられる。これは、クリープによる非弾性変形が顕著になる高温保持時間中のみに限定して弾性波を計測することで、接合部８，９以外の構成部材から発生するノイズとなる弾性波を取り除き、接合部８，９から発生する弾性波を集中的に検出できることを示唆している。

【0021】

そこで、実施形態における損傷判定システムでは、例えば図３に示す過程Ｃの期間において、弾性波の計測を開始することで、半導体装置１内部の接合部８，９の劣化を高精度に検出することが可能になる。以下、具体的な構成について説明する。

【0022】

（第１の実施形態）
図４は、第１の実施形態における損傷判定システム１００の構成を示す図である。損傷判定システム１００は、半導体装置１内部の接合部８，９において発生した損傷の判定に用いられる。なお、損傷判定システム１００に用いられる半導体装置１は、パワーモジュール以外であってもよい。

【0023】

損傷判定システム１００は、半導体装置１と、ヒートシンク２と、複数のセンサ１０－１～１０－ｎ（ｎは２以上の整数）と、温度センサ２０と、稼働制御装置３５と、信号処理部４０と、損傷判定装置５０を備える。複数のセンサ１０－１～１０－ｎと信号処理部４０とは、有線により接続される。信号処理部４０と損傷判定装置５０とは、有線又は無線により接続される。温度センサ２０と稼働制御装置３５とは、有線により接続される。稼働制御装置３５と信号処理部４０とは、有線により接続される。なお、以下の説明では、センサ１０－１～１０－ｎを区別しない場合にはセンサ１０と記載する。

【0024】

センサ１０は、圧電素子を有し、半導体装置１から発生する弾性波を検出する。より具体的には、センサ１０は、半導体装置１内部の接合部８，９の損傷に起因して発生する弾性波を検出する。接合部８，９は、熱サイクルが繰り返されることで徐々に剥離される。センサ１０では、このような界面剥離といった損傷が発生した際に生じる弾性波を検出する。センサ１０は、半導体装置１内部の接合部８又は接合部９を囲うように設置されていればよく、例えば、ヒートシンク２上に設置されてもよいし、放熱用基板４上、又は、Ｃｕベースプレート５上に設置されてもよい。

【0025】

図５は、第１の実施形態における複数のセンサ１０の配置例を示す図である。図５に示すように、複数のセンサ１０が、半導体装置１を囲うように配置される場合、接合部８の損傷に起因して弾性波が発生すると、発生した弾性波はＣｕベースプレート５及びヒートシンク２を介して各センサ１０に到達する。接合部９の損傷に起因して弾性波が発生すると、発生した弾性波は放熱用基板４、接合部８、Ｃｕベースプレート５及びヒートシンク２を介して各センサ１０に到達する。

【0026】

図４に戻って説明を続ける。センサ１０は、検出した弾性波を電気信号に変換する。センサ１０は、電気信号を信号処理部４０に出力する。センサ１０には、例えば１０ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲に感度を有する圧電素子が用いられる。センサ１０は、周波数範囲内に共振ピークをもつ共振型、共振を抑えた広帯域型等の種類があるが、センサ１０の種類はいずれでもよい。センサ１０が弾性波を検出する方法は、電圧出力型、抵抗変化型及び静電容量型等があるが、いずれの検出方法でもよい。なお、センサ１０に代えて加速度センサが用いられてもよい。この場合、加速度センサは、半導体装置１内部の接合部８，９から発生する弾性波を検出する。そして、加速度センサは、センサ１０と同様の処理を行うことによって、検出した弾性波を電圧信号に変換する。

【0027】

温度センサ２０は、半導体装置１が設置されている環境下における温度を計測する。温度センサ２０は、計測結果である温度情報を稼働制御装置３５に出力する。温度センサ２０は、放熱用基板４、又は、Ｃｕベースプレート５上に新たに設置されてもよいし、放熱用基板４、又は、Ｃｕベースプレート５に内蔵されているサーミスタが用いられてもよい。

【0028】

稼働制御装置３５は、温度センサ２０から出力され温度情報に基づいて、信号処理部４０の稼働を制御する。稼働制御装置３５は、温度情報で示される温度に基づいて、信号処理部４０を起動するための起動条件が満たされたか否かを判定し、起動条件が満たされた場合に信号処理部４０を起動する。例えば、稼働制御装置３５は、起動条件を満たす場合には、信号処理部４０を稼働状態にさせるための稼働信号を信号処理部４０に出力する。信号処理部４０を稼働状態にさせるとは、信号処理部４０に対して信号処理を行わせることである。すなわち、信号処理部４０は、稼働制御装置３５から稼働信号が取得されるまでの間は、弾性波に対する信号処理を行わない。

【0029】

起動条件は、保持時間ｔが、第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２以下（Ｔｈ１≦ｔ≦Ｔｈ２）であって、かつ、温度Ｔが、基準温度Ｔ１以上（Ｔ≧Ｔ１）を満たすことである。ここで、保持時間は、温度変化ΔＴの値が、第３閾値Ｔｈ３未満の状態が継続している時間を表す。すなわち、保持時間ｔとは、温度変化が少ない状態が維持されている時間とみなすことができる。保持時間ｔが、第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２以下の場合、図３に示す過程Ｃ又は過程Ｆの状態に相当する。なお、この起動条件が満たされている期間は、図３に示す過程Ｃの状態に相当する。起動条件は、温度に基づく条件の一態様である。

【0030】

一例として、時刻ｔ１で６０℃、時刻ｔ２で６１℃、時刻ｔ３で６４℃、時刻ｔ４で７０℃、時刻ｔ５で６４℃であり、第３閾値Ｔｈ３が５℃である場合を考える。この場合、温度変化ΔＴはそれぞれ、１℃（時刻ｔ１から時刻ｔ２の温度変化）、３℃（時刻ｔ２から時刻ｔ３の温度変化）、６℃（時刻ｔ３から時刻ｔ４の温度変化）、－６℃（時刻ｔ４から時刻ｔ５の温度変化）である。温度変化ΔＴが５℃の状態が継続している時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ３である。この場合、保持時間ｔは、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの３秒となる。

【0031】

第１閾値Ｔｈ１は、起動条件における経過時間の下限値であり、例えば５秒である。第１閾値Ｔｈ２は、起動条件における経過時間の上限値であり、例えば３６００秒である。第３閾値Ｔｈ３は、温度変化ΔＴが小さいことを示す値であり、例えば５℃である。基準温度Ｔ１は、図３に示す過程Ｃに相当する高温とみなす温度であり、例えば７０℃である。なお、上記で示した第１閾値、第２閾値、第３閾値及び基準温度Ｔ１の値は、一例であり、使用状況に応じて値が変更されてもよい。

【0032】

上記の例を参照すると、稼働制御装置３５は、温度センサ２０により計測された温度が７０℃以上であり、温度７０℃以上である状態における保持時間が５秒から３６００秒までの間は起動条件が満たされていると判定する。稼働制御装置３５は、保持時間が第１閾値（例えば、５秒）になった時点から信号処理部４０を起動させて、保持時間が第２閾値（例えば、３６００秒）になった時点、又は、温度が基準温度Ｔ１未満になった時点で信号処理部４０を停止させる。

【0033】

信号処理部４０は、稼働制御装置３５から出力された稼働信号に基づいて、稼働状態に移行する。信号処理部４０は、稼働状態に移行するまでは休止状態である。休止状態とは、休止している状態である。休止状態は、稼働状態よりも消費電力を抑えた状態である。休止状態は、例えば、起動していても信号処理を行わない状態であってもよいし、スリープ状態であってもよいし、電源が落ちた停止状態であってもよい。

【0034】

信号処理部４０は、稼働状態に移行すると、各センサ１０から出力された各弾性波の電気信号に対して信号処理を行う。信号処理部４０が行う信号処理は、例えば、ノイズ除去、パラメータ抽出等である。信号処理部４０は、信号処理後のデジタル信号を含む送信データを生成し、生成した送信データを損傷判定装置５０に出力する。信号処理部４０は、アナログ回路又はデジタル回路を用いて構成される。デジタル回路は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やマイクロコンピュータにより実現される。デジタル回路は、専用のＬＳＩ（Large-Scale Integration）により実現されてもいい。また信号処理部４０は、フラッシュメモリ等の不揮発メモリや、取り外し可能なメモリを搭載してもよい。

【0035】

損傷判定装置５０は、信号処理部４０から得られた送信データに基づいて、半導体装置１における損傷が発生している位置の特定及び損傷面積の推定を行う。

【0036】

図６は、第１の実施形態における信号処理部４０の機能を表す概略ブロック図である。信号処理部４０は、複数のＡＦＥ４１（Analog Front End）と、制御部４２と、通信部４３と、稼働部４４と、電源供給部４５を備える。

【0037】

ＡＦＥ４１は、センサ１０から出力された電気信号に対してフィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ４１は、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理後の信号を制御部４２に出力する。

【0038】

制御部４２は、信号処理部４０全体を制御する。制御部４２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリを用いて構成される。例えば、制御部４２は、ＡＦＥ４１から出力されたフィルタ処理及びアナログデジタル変換処理後の信号に基づいて送信データを生成する。

【0039】

通信部４３は、制御部４２によって生成された送信データを損傷判定装置５０に送信する。

【0040】

稼働部４４は、稼働制御装置３５から稼働信号を取得すると、制御部４２及び電源供給部４５を稼働状態にする。例えば、制御部４２がスリープ状態である場合には、稼働部４４は制御部４２において信号処理が可能なように稼働状態にする。例えば、制御部４２が停止状態である場合には、稼働部４４は電源供給部４５から制御部４２に対して電力を供給させることによって制御部４２を稼働状態にする。なお、稼働部４４は、ＡＦＥ４１及び通信部４３のいずれかに電源が入っていない場合にも同様に、電源供給部４５に対して電源が入っていない機能部への電源供給を指示して電力供給させる。

【0041】

電源供給部４５は、稼働部４４の指示に従って、各機能部に電力を供給する。具体的には、電源供給部４５は、ＡＦＥ４１、制御部４２、通信部４３及び稼働部４４に対して電力を供給する。電源供給部４５は、外部の電源、一次電池、二次電池、太陽電池、エネルギーハーベスタ等から供給される電力を受ける部であり、ここから稼働部４４の指示に応じて各機能部へ電力を供給する。

【0042】

図７は、第１の実施形態におけるＡＦＥ４１の機能を表す概略ブロック図である。ＡＦＥ４１は、受信部４１１と、第１フィルタ４１２と、アナログデジタル変換部４１３と、第２フィルタ４１４とで構成される。受信部４１１は、センサ１０から送信された電気信号を受信する。受信部４１１は、受信した電気信号を第１フィルタ４１２に出力する。電気信号には、センサ１０により検出された時刻情報が付与されているものとする。

【0043】

第１フィルタ４１２は、受信部４１１によって受信された電気信号からノイズを除去する。例えば、第１フィルタ４１２は、電気信号から特定周波数帯以外の周波数帯をノイズとして除去する。第１フィルタ４１２は、例えば、バンドパスフィルタである。第１フィルタ４１２は、ノイズ除去後のアナログ信号（以下「ノイズ除去アナログ信号」という。）をアナログデジタル変換部４１３に出力する。

【0044】

アナログデジタル変換部４１３は、第１フィルタ４１２から出力されたノイズ除去アナログ信号を量子化することによって、アナログ信号からデジタル信号に変換する。アナログデジタル変換部４１３は、デジタル信号を第２フィルタ４１４に出力する。

【0045】

第２フィルタ４１４は、アナログデジタル変換部４１３から出力されたデジタル信号からノイズを除去する。第２フィルタ４１４は、ノイズを除去するためのフィルタである。第２フィルタ４１４は、ノイズ除去後のデジタル信号（以下「ノイズ除去デジタル信号」という。）を制御部４２に出力する。
以下の説明では、ＡＦＥ４１において行われる処理を前処理と記載する。

【0046】

図８は、第１の実施形態における制御部４２の機能を表す概略ブロック図である。制御部４２は、プログラムを実行することによって、イベント信号生成部４２１、特徴量抽出部４２２及び送信データ生成部４２３として機能する。イベント信号生成部４２１、特徴量抽出部４２２及び送信データ生成部４２３を実現するためのプログラムは、出荷時に信号処理部４０にインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

【0047】

イベント信号生成部４２１は、第２フィルタ４１４から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力する。イベント信号生成部４２１は、入力したノイズ除去デジタル信号の波形が持続しているか否かを示すゲート信号を生成する。イベント信号生成部４２１は、例えばエンベロープ検出器及びコンパレータにより実現される。エンベロープ検出器は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープを検出する。エンベロープは、例えば、ノイズ除去デジタル信号を二乗し、二乗した出力値に対して所定の処理（例えばローパスフィルタを用いた処理やヒルベルト変換）を行うことで抽出される。コンパレータは、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値以上であるか否かを判定する。

【0048】

イベント信号生成部４２１は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値以上となった場合、ノイズ除去デジタル信号の波形が持続していることを示す第１のゲート信号を特徴量抽出部４２２に出力する。第１のゲート信号が出力された場合には、イベントが発生したことを表す。一方、イベント信号生成部４２１は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値未満になった場合、ノイズ除去デジタル信号の波形が持続していないことを示す第２のゲート信号を特徴量抽出部４２２に出力する。第２のゲート信号が出力された場合には、イベントが終了したことを表す。イベント発生の検知、すなわちエンベロープが所定の閾値以上となったか否かの判定には、ＣｈａｎｇｅＦｉｎｄｅｒやＡＩＣ（Akaike's Information Criterion）等が用いられてもよい。

【0049】

特徴量抽出部４２２は、イベント信号生成部４２１から出力されたゲート信号及び第２フィルタ４１４から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力する。特徴量抽出部４２２は、入力したゲート信号及びノイズ除去デジタル信号に基づいて、信号の波形が継続しているときの特徴量をノイズ除去デジタル信号から抽出する。特徴量は、例えばノイズ除去デジタル信号の波形の振幅［ｍＶ］、ゲート信号の立ち上がり時間［ｕｓｅｃ］、ゲート信号の持続時間［ｕｓｅｃ］、ノイズ除去デジタル信号のゼロクロスカウント数［ｔｉｍｅｓ］、ノイズ除去デジタル信号の波形のエネルギー［ａｒｂ．］及びノイズ除去デジタル信号の周波数［Ｈｚ］等パラメータである。

【0050】

ノイズ除去デジタル信号の振幅は、例えばノイズ除去デジタル信号の中で最大振幅の値である。ゲート信号の立ち上がり時間は、例えばゲート信号がゼロ値から予め設定される所定値を超えて立ち上がるまでの時間である。ゲート信号の持続時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間である。ノイズ除去デジタル信号のゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線をノイズ除去デジタル信号が横切る回数である。ノイズ除去デジタル信号の波形のエネルギーは、例えば各時点において振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、エネルギーの定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。

【0051】

特徴量抽出部４２２は、抽出した特徴量を送信データ生成部４２３に出力する。特徴量抽出部４２２は、特徴量を送信データ生成部４２３に出力する際に、特徴量にセンサＩＤを対応付ける。センサＩＤは、半導体装置１に設置されているセンサ１０を識別するための識別情報を表す。特徴量抽出部４２２は、センサＩＤを対応付けた特徴量を送信データ生成部４２３に出力する。

【0052】

送信データ生成部４２３は、特徴量抽出部４２２から出力されたセンサＩＤを対応付けた特徴量を入力とする。送信データ生成部４２３は、入力したセンサＩＤを対応付けた特徴量を含む送信データを生成する。送信データ生成部４２３は、生成した送信データを通信部４３に出力する。

【0053】

図４に戻って、説明を続ける。損傷判定装置５０は、通信部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、表示部５４とを備える。通信部５１は、信号処理部４０から出力された送信データを受信する。

【0054】

制御部５２は、損傷判定装置５０全体を制御する。制御部５２は、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２は、プログラムを実行することによって、取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３及び通知部５２４として機能する。取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３及び通知部５２４を実現するためのプログラムは、出荷時に損傷判定装置５０にインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

【0055】

取得部５２１は、信号処理部４０から出力された送信データを取得する。例えば、信号処理部４０と損傷判定装置５０とが無線により通信している場合、取得部５２１は通信インタフェースとして機能し、信号処理部４０との間で無線通信を行うことによって送信データを取得する。例えば、信号処理部４０と損傷判定装置５０とが有線により通信している場合、取得部５２１は通信インタフェースとして機能し、信号処理部４０との間で有線通信を行うことによって送信データを取得する。

【0056】

位置標定部５２２は、センサ位置情報と、送信データに含まれるセンサＩＤ及び時刻情報とに基づいて弾性波の発生源（以下「弾性波源」という。）の位置標定を行う。損傷判定装置５０には、上記のように起動条件を満たしている期間中に取得された弾性波に関する送信データが入力される。起動条件を満たしている期間中に取得された弾性波は、基本的には、接合部８，９における損傷に起因して発生した弾性波である。そこで、位置標定部５２２は、起動条件を満たしている期間中に取得された弾性波に基づいて、接合部８，９における弾性波源の位置を標定することになる。センサ位置情報には、センサＩＤに対応付けてセンサ１０の設置位置に関する情報が含まれる。センサ位置情報は、例えば緯度および経度、あるいは半導体装置１又はヒートシンク２の基準となる位置からの水平方向および垂直方向の距離などのセンサ１０の設置位置に関する情報を含む。位置標定部５２２は、センサ位置情報を予め保持している。センサ位置情報は、位置標定部５２２が弾性波源の位置標定を行う前であればどのタイミングで位置標定部５２２に記憶されてもよい。

【0057】

損傷判定部５２３は、起動条件を満たしている期間中に取得された弾性波に基づいて、接合部８，９の損傷を判定する。具体的には、損傷判定部５２３は、起動条件を満たしている期間中に取得された弾性波に基づいて位置標定部５２２が位置標定を行った結果に基づいて、接合部８，９における健全面積の推定、損傷面積の推定、及び、損傷面積の割合（以下「損傷面積率」という。）を推定する。健全面積とは、接合部８，９の領域であって、剥離が発生していない領域の面積である。例えば、初期状態（損傷無し）では、健全面積は、接合部８全体の面積や接合部９全体の面積となる。損傷面積とは、接合部８、９の領域であって、剥離が発生している領域の面積である。損傷面積率は、健全面積を、初期状態の健全面積で除算することで求められる。これにより、初期状態からどのくらいの割合で剥離が生じているのかを求めることができる。

【0058】

そして、損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率が初期状態の健全面積から所定の値（例えば、２０％）以上増加したか否かを判定する。初期状態の健全面積の情報は、予め保持していてもよい。損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率が初期状態の健全面積から所定の値（例えば、２０％）以上増加した場合、接合部８，９において損傷が発生したと判定する。損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率が初期状態の健全面積から所定の値（例えば、２０％）以上増加していない場合、接合部８，９において損傷が発生していないと判定する。損傷判定部５２３は、損傷が発生したと判定した場合、通知部５２４に対してアラートを通知させる。

【0059】

通知部５２４は、損傷判定部５２３からの制御に応じてアラートを通知する。すなわち、通知部５２４は、損傷判定部５２３により推定された損傷面積率が初期状態の健全面積から所定の値（例えば、２０％）以上増加した場合にアラートを通知する。通知部５２４は、損傷判定装置５０においてアラートを通知してもよいし、予め設定されている他の情報処理装置に対してアラートを通知してもよい。アラートには、半導体装置１の損傷が増加したことを示す情報が含まれていてもよい。

【0060】

記憶部５３は、取得部５２１によって取得された送信データを記憶する。なお、記憶部５３には、起動条件、センサ１０の設置位置に関する情報及び初期状態の健全面積の情報が記憶されていてもよい。各記憶部５３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

【0061】

表示部５４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部５４は、制御部５２の制御に従って、弾性波源の位置情報及び判定結果を表示する。表示部５４は、画像表示装置を損傷判定装置５０に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部５４は、判定結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。

【0062】

図９は、第１の実施形態における放熱用基板４下の接合部８に損傷が発生している例と、標定される弾性波源の位置のイメージを示す図である。図９では、放熱用基板４がＣｕベースプレート５にはんだで接合された状態を示している。図９において、領域Ｒ１は放熱用基板４とＣｕベースプレート５とが接合されている領域（剥離が発生していない領域）を示し、領域Ｒ２は放熱用基板４とＣｕベースプレート５とが接合されていない領域（剥離が発生している領域）を示す。図９の領域Ｒ２は、接合部８中に疲労き裂が進行した領域である。図９において、上段から下段にかけて熱サイクル数が増加した状態を示している。例えば、図９の上段は初期状態（損傷無し）を示し、図９の中段は図９の上段よりも熱サイクルを行った後の状態を示し、図９の下段は図９の中段よりも熱サイクルを行った後の状態を示す。

【0063】

熱サイクルが繰り返されることで疲労き裂は進行していく。疲労き裂が進行すると、図９に示すように、領域Ｒ２の割合が増加する。接合部８中のクリープによる非弾性ひずみは、き裂先端に集中するため、き裂先端が弾性波源ＳＲとなると考える。損傷が進行すると、弾性波源ＳＲの位置も移動する。経時的な変化を追っていくことで、劣化領域が拡大していく様子を可視化することができ、半導体装置１の使用中の損傷位置及び損傷面積の推定が可能となる。領域Ｒ２が、損傷面積となる。例えば、損傷判定部５２３は、領域Ｒ１の面積を、図９の上段に示す領域Ｒ１の面積（初期状態の健全面積）で除算することで損傷面積率を推定する。損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率に応じて損傷の有無を判定する。

【0064】

図１０及び図１１は、第１の実施形態における損傷判定システム１００が行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図である。図１０及び図１１の処理開始時には、信号処理部４０が休止状態であるとする。
稼働制御装置３５は、温度センサ２０により計測された温度情報を取得する（ステップＳ１０１）。稼働制御装置３５は、ステップＳ１０１の処理を所定期間の間継続する。これにより、稼働制御装置３５は、所定期間分の温度情報を取得する。稼働制御装置３５は、取得した所定期間分の温度情報に基づいて起動条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。起動条件が満たされていない場合（ステップＳ１０２－ＮＯ）、稼働制御装置３５はステップＳ１０１の処理を繰り返し実行する。

【0065】

起動条件が満たされた場合（ステップＳ１０２－ＹＥＳ）、稼働制御装置３５は、稼働信号を生成する。稼働制御装置３５は、生成した稼働信号を信号処理部４０に出力する（ステップＳ１０３）。信号処理部４０の稼働部４４は、稼働制御装置３５から稼働信号を取得すると、電源供給部４５に指示して電力を供給させることによって各機能部を稼働状態にする（ステップＳ１０４）。これにより、信号処理部４０は、センサ１０から出力された電気信号を取得することができる。

【0066】

ＡＦＥ４１は、センサ１０から送信された電気信号に対して前処理を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、ＡＦＥ４１は、電気信号に対して、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ４１は、デジタル信号を制御部４２に出力する。制御部４２は、ＡＦＥ４１から出力されたデジタル信号を入力として、デジタル信号から特徴量を抽出する（ステップＳ１０６）。

【0067】

特徴量抽出部４２２は、抽出した特徴量にセンサＩＤを対応付けて送信データ生成部４２３に出力する。送信データ生成部４２３は、特徴量抽出部４２２から出力された特徴量を含む送信データを生成する（ステップＳ１０７）。送信データ生成部４２３は、生成した送信データを通信部４３に出力する。通信部４３は、送信データ生成部４２３から出力された送信データを損傷判定装置５０に送信する（ステップＳ１０８）。

【0068】

通信部５１は、信号処理部４０から送信された送信データを受信する。取得部５２１は、取得した送信データを記憶部５３に記憶する（ステップＳ１０９）。位置標定部５２２は、記憶部５３に記憶されている複数の送信データを用いて弾性波源を標定する（ステップＳ１１０）。具体的には、まず位置標定部５２２は、記憶部５３に記憶されている複数の送信データ送信データの中から１イベントにおける送信データを抽出する。イベントとは、鋼構造物で起こった弾性波発生事象を表す。本実施形態における弾性波発生事象は、半導体装置１内部の接合部８，９における損傷である。１回のイベントが発生した場合、複数のセンサ１０で略同時刻に弾性波が検出されることになる。すなわち、記憶部５３には、略同時刻に検出された弾性波に関する送信データが複数記憶されていることになる。そこで、位置標定部５２２は、所定の時間窓を設け、到達時刻が時間窓の範囲内に存在する全ての送信データを１イベントにおける送信データとして抽出する。

【0069】

時間窓の範囲Ｔｗは、対象とする鋼構造物における弾性波伝搬速度ｖと、最大のセンサ間隔ｄｍａｘを用いて、Ｔｗ≧ｄｍａｘ／ｖの範囲になるように決定してもよい。誤検出を避けるためには、Ｔｗをできるだけ小さい値に設定することが望ましいため、実質的にはＴｗ＝ｄｍａｘ／ｖとすることができる。弾性波伝搬速度ｖは、予め求められていてもよい。

【0070】

次に、位置標定部５２２は、抽出した１イベントにおける送信データに含まれるセンサＩＤ及び時刻情報と、予め保持しているセンサ位置情報とに基づいて弾性波源の位置を標定する。例えば、位置標定部５２２は、複数のセンサ１０それぞれへの弾性波の到達時刻の差を算出する。次に、位置標定部５２２は、センサ位置情報と、到達時刻の差の情報とを用いて弾性波源の位置を標定する。位置標定部５２２は、この処理を複数回繰り返すことによって、複数の弾性波源の位置を標定する。

【0071】

位置標定部５２２は、標定結果の情報を損傷判定部５２３に出力する。損傷判定部５２３は、位置標定部５２２から出力された標定結果に基づいて損傷の判定を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、まず損傷判定部５２３は、標定結果として示される弾性波源の位置に基づいて損傷面積を推定する。次に、損傷判定部５２３は、損傷面積に基づいて損傷面積率を推定する。損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率が初期状態から所定の値（例えば、２０％）以上増加したと判定した場合、損傷が発生したと判定する。損傷判定部５２３は、推定した損傷面積率が初期状態から所定の値（例えば、２０％）以上増加したと判定していない場合、損傷が発生していないと判定する。

【0072】

損傷判定部５２３は、アラートの通知条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１１２）。具体的には、損傷判定部５２３は、損傷が発生したと判定した場合にアラートの通知条件が満たされたと判定し、損傷が発生していないと判定した場合にアラートの通知条件が満たされていないと判定する。損傷判定部５２３は、アラートの通知条件が満たされたと判定した場合（ステップＳ１１２－ＹＥＳ）、通知部５２４に対してアラートを通知させる。通知部５２４は、損傷判定部５２３からの制御に応じてアラートを通知する（ステップＳ１１３）。

【0073】

ステップＳ１１３の処理後、又は、アラートの通知条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ１１２－ＮＯ）、損傷判定装置５０は信号処理部４０が停止されるまでステップＳ１０９からステップＳ１１３までの処理を実行する。稼働制御装置３５は、起動条件が満たされた後に、起動条件が満たされなくなった場合、信号処理部４０を停止させるための停止信号を生成する。稼働制御装置３５は、生成した停止信号を信号処理部４０に送信する。信号処理部４０は、稼働制御装置３５から送信された停止信号に基づいて休止状態に移行する。

【0074】

以上のように構成された損傷判定システム１００によれば、半導体装置１内部の接合部８，９の劣化を高精度に検出することができる。具体的には、損傷判定システム１００では、複数のセンサ１０それぞれによって検出された複数の弾性波のうち、起動条件を満たした期間中に取得された弾性波に基づいて、接合部８，９の損傷を判定する。このように、損傷判定システム１００では、高温保持時間中（温度変化が小さい時）であることを示す条件が満たされたタイミングで信号処理部４０を起動させて弾性波の計測を開始する。これにより、温度変化による接合部８，９以外から発生する弾性波を取り除き、接合部８，９から発生する弾性波を効率よく検出することができる。このように検出された弾性波は、接合部８，９から発生する弾性波である。そのため、損傷判定システム１００では、検出した弾性波に基づいて損傷を判定することにより、半導体装置１内部の接合部８，９の劣化を高精度に検出することが可能になる。

【0075】

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、温度センサを用いずに、温度情報は半導体装置の駆動電流に基づいて推定する構成について説明する。
図１２は、第２の実施形態における損傷判定システム１００ａの構成を示す図である。損傷判定システム１００ａは、半導体装置１内部の接合部８，９において発生した損傷の判定に用いられる。

【0076】

損傷判定システム１００ａは、半導体装置１と、ヒートシンク２と、複数のセンサ１０－１～１０－ｎと、稼働制御装置３５ａと、信号処理部４０と、損傷判定装置５０と、記憶装置６０を備える。複数のセンサ１０－１～１０－ｎと信号処理部４０とは、有線により接続される。信号処理部４０と損傷判定装置５０とは、有線又は無線により接続される。稼働制御装置３５ａと記憶装置６０とは、有線により接続される。稼働制御装置３５ａと信号処理部４０とは、有線により接続される。

【0077】

損傷判定システム１００ａは、温度センサ２０を備えない点、稼働制御装置３５に代えて稼働制御装置３５ａを備える点及び記憶装置６０を新たに備える点で損傷判定システム１００と構成が異なる。損傷判定システム１００ａのその他の構成については損傷判定システム１００と同様である。そのため、損傷判定システム１００ａ全体の説明は省略し、損傷判定システム１００との相違点について説明する。

【0078】

記憶装置６０には、電流を温度に変換するための変換式が保存される。温度と電流は相関があるため、事前に実験や有限要素法による非定常伝熱解析により、半導体装置１の温度と電流の関係を調べる。事前に得られた半導体装置１の温度と電流の関係に基づいて、電流を温度に変換するための変換式を求めて、この変換式が記憶装置６０に保存される。記憶装置６０は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶装置６０は、クラウド上のサーバであってもよいし、稼働制御装置３５ａ内部に備えられてもよい。

【0079】

稼働制御装置３５ａは、半導体装置１の駆動電流と、記憶装置６０に記憶されている変換式とに基づいて、信号処理部４０の稼働を制御する。具体的には、稼働制御装置３５ａは、記憶装置６０に記憶されている変換式を参照し、半導体装置１の駆動電流を温度の値に変換する。稼働制御装置３５ａは、変換後の温度の値に基づいて信号処理部４０を起動するための起動条件が満たされたか否かを判定し、起動条件が満たされた場合に信号処理部４０を起動する。半導体装置１の駆動電流の値は、半導体装置１に供給されている電流を取得してもよいし、外部から通知により取得してもよい。起動条件は、第１の実施形態と同様である。

【0080】

図１３及び図１４は、第２の実施形態における損傷判定システム１００ａが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図である。図１３及び図１４の処理開始時には、信号処理部４０が休止状態であるとする。なお、図１３及び図１４において、図１０及び図１１と同様の処理については図１０及び図１１と同様の符号を付して説明を省略する。

【0081】

稼働制御装置３５ａは、半導体装置１の駆動電流の値を取得する（ステップＳ２０１）。稼働制御装置３５ａは、記憶装置６０に記憶されている変換式を参照し、取得した駆動電流の値を温度の値に変換する（ステップＳ２０２）。稼働制御装置３５ａは、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理を所定期間の間継続する。これにより、稼働制御装置３５ａは、所定期間分の温度情報を取得する。稼働制御装置３５ａは、取得した所定期間分の温度情報に基づいて起動条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ２０３）。起動条件が満たされていない場合（ステップＳ２０３－ＮＯ）、稼働制御装置３５ａはステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理を繰り返し実行する。起動条件が満たされた場合（ステップＳ２０３－ＹＥＳ）、ステップＳ１０３以降の処理が実行される。

【0082】

以上のように構成された損傷判定システム１００ａによれば、温度センサ２０を設置しなくても、第１の実施形態と同様に、高温保持時間中（温度変化が小さい時）であることを示す条件が満たされたタイミングで信号処理部４０を起動させて弾性波の計測を開始する。これにより、温度変化による接合部８，９以外から発生する弾性波を取り除き、接合部８，９から発生する弾性波を効率よく検出することができる。このように検出された弾性波は、接合部８，９から発生する弾性波である。そのため、損傷判定システム１００ａでは、検出した弾性波に基づいて損傷を判定することにより、半導体装置１内部の接合部８，９の劣化を高精度に検出することが可能になる。

【0083】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、信号処理部を常時起動させる構成について説明する。
図１５は、第３の実施形態における損傷判定システム１００ｂの構成を示す図である。損傷判定システム１００ｂは、半導体装置１内部の接合部８，９において発生した損傷の判定に用いられる。

【0084】

損傷判定システム１００ｂは、半導体装置１と、ヒートシンク２と、複数のセンサ１０－１～１０－ｎと、温度センサ２０と、信号処理部４０ｂと、損傷判定装置５０と、フィルタ６５を備える。複数のセンサ１０－１～１０－ｎと信号処理部４０ｂとは、有線により接続される。信号処理部４０ｂとフィルタ６５とは、有線により接続される。温度センサ２０とフィルタ６５とは、有線により接続される。損傷判定装置５０とフィルタ６５とは、有線により接続される。

【0085】

損傷判定システム１００ｂは、稼働制御装置３５を備えない点、信号処理部４０に代えて信号処理部４０ｂを備える点及びフィルタ６５を新たに備える点で損傷判定システム１００と構成が異なる。損傷判定システム１００ｂのその他の構成については損傷判定システム１００と同様である。そのため、損傷判定システム１００ｂ全体の説明は省略し、損傷判定システム１００との相違点について説明する。

【0086】

温度センサ２０は、半導体装置１が設置されている環境下における温度を計測する。温度センサ２０は、計測結果である温度情報をフィルタ６５に出力する。

【0087】

信号処理部４０ｂは、信号処理部４０とは異なり、常時稼働状態である。信号処理部４０ｂは、センサ１０から出力された弾性波の電気信号に対して信号処理を行う。信号処理部４０ｂは、信号処理後のデジタル信号を含む送信データを生成し、生成した送信データを、フィルタ６５を介して損傷判定装置５０に出力する。

【0088】

フィルタ６５は、温度センサ２０から出力され温度情報に基づいてフィルタリングを行う。具体的には、フィルタ６５は、温度情報で示される温度に基づいて、信号処理部４０ｂから出力された送信データを損傷判定装置５０に出力するためのフィルタ条件が満たされたか否かを判定し、フィルタ条件が満たされた期間中に取得された送信データを損傷判定装置５０に出力する。すなわち、フィルタ６５は、フィルタ条件が満たされていない期間中に信号処理部４０ｂから出力された送信データを損傷判定装置５０に出力しない。例えば、フィルタ６５は、フィルタ条件が満たされていない期間中に信号処理部４０ｂから出力された送信データを破棄する。

【0089】

フィルタ条件は、温度変化ΔＴの値が、第３閾値Ｔｈ３未満（ΔＴ＜Ｔｈ３）であって、かつ、温度が、基準温度Ｔ１以上を満たすことである。このように、フィルタ条件は、温度変化が少ない状態であって、かつ、温度が基準温度以上を満たすことである。なお、上記で示した第３閾値及び基準温度Ｔ１の値は、一例であり、使用状況に応じて値が変更されてもよい。フィルタ条件は、温度に基づく条件の一態様である。このフィルタ条件が満たされている期間は、図３に示す過程Ｃの状態に相当する。

【0090】

図１６及び図１７は、第３の実施形態における損傷判定システム１００ｂが行う損傷判定処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図１６及び図１７において、図１０及び図１１と同様の処理については図１０及び図１１と同様の符号を付して説明を省略する。

【0091】

信号処理部４０ｂのＡＦＥ４１は、センサ１０から送信された電気信号に対して前処理を行う（ステップＳ３０１）。具体的には、ＡＦＥ４１は、電気信号に対して、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ４１は、デジタル信号を制御部４２に出力する。制御部４２は、ＡＦＥ４１から出力されたデジタル信号を入力として、デジタル信号から特徴量を抽出する（ステップＳ３０２）。

【0092】

特徴量抽出部４２２は、抽出した特徴量にセンサＩＤを対応付けて送信データ生成部４２３に出力する。送信データ生成部４２３は、特徴量抽出部４２２から出力された特徴量を含む送信データを生成する（ステップＳ３０３）。送信データ生成部４２３は、生成した送信データを通信部４３に出力する。通信部４３は、送信データ生成部４２３から出力された送信データを損傷判定装置５０に送信する（ステップＳ３０４）。信号処理部４０ｂから損傷判定装置５０に送信された送信データは、フィルタ６５に入力される。

【0093】

フィルタ６５は、温度センサ２０により計測された温度情報を取得する（ステップＳ３０５）。フィルタ６５は、ステップＳ３０５の処理を所定期間の間継続する。これにより、フィルタ６５は、所定期間分の温度情報を取得する。なお、説明の都合上、ステップＳ３０１からステップＳ３０４の後にステップＳ３０５の処理の説明をしているが、ステップＳ３０５の処理は、ステップＳ３０１からステップＳ３０４が実行されている間に行われる。フィルタ６５は、取得した所定期間分の温度情報に基づいてフィルタ条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ３０６）。フィルタ条件が満たされていない場合（ステップＳ３０６－ＮＯ）、フィルタ６５はフィルタ条件が満たされていない期間に取得された送信データを破棄する（ステップＳ３０７）。

【0094】

一方、フィルタ条件が満たされた場合（ステップＳ３０６－ＹＥＳ）、フィルタ６５はフィルタ条件が満たされている期間に取得された送信データを損傷判定装置５０に出力する（ステップＳ３０８）。これにより、損傷判定装置５０は、フィルタ条件が満たされた期間中の送信データのみを取得することになる。フィルタ条件が満たされた期間は、図３に示した過程Ｃの期間に相当する期間である。その後、損傷判定装置５０は、ステップＳ１０９以降の処理を実行する。

【0095】

以上のように構成された損傷判定システム１００ｂによれば、常時計測により第１の実施形態及び第２の実施形態よりも消費電力を要してしまう一方、第１の実施形態及び第２の実施形態では見逃していた弾性波も検出することが可能になる。これにより、第１の実施形態及び第２の実施形態よりも半導体装置１内部の接合部８，９の劣化を高精度に検出することが可能になる。

【0096】

（第３の実施形態の変形例）
損傷判定システム１００ｂは、第２の実施形態のように温度情報を取得するように構成されてもよい。このように構成される場合、損傷判定システム１００ｂは、温度センサ２０に代えて記憶装置６０を備える。フィルタ６５は、稼働制御装置３５ａと同様の方法により、半導体装置１の駆動電流の値を取得する。フィルタ６５は、記憶装置６０に記憶されている変換式を参照し、取得した半導体装置１の駆動電流を温度の値に変換する。フィルタ６５は、変換後の温度の値に基づいてフィルタ条件を満たすか否かを判定する。以降の処理は、第３の実施形態で示した処理と同様である。

【0097】

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかの損傷検知方法において、疲労寿命分布予測手法を組み合わせて寿命予測を高精度化する構成について説明する。

【0098】

まず第４の実施形態における概要について説明する。従来手法では、常時計測している温度履歴からサロゲートモデルで非弾性ひずみ範囲を推定し、サイクルカウント法と累積損傷則により疲労寿命分布を予測する手法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。このように従来手法により、接合部８，９の疲労寿命分布を推定することができる。疲労寿命分布は、縦軸が確率密度を表し、横軸が累積損傷値を表す。累積損傷値は、１を超えると破損を意味する。第４の実施形態では、従来手法により、パワー半導体３下の接合部９と、放熱用基板４下の接合部８の両方において事前に疲労寿命分布を算出し、平均累積損傷値を算出しておく。これらの情報は、事前に損傷判定装置に記憶される。そして、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかの損傷検知方法において、損傷が発生したと判定された場合に、損傷判定装置に記憶されているパワー半導体３下の接合部９の平均累積損傷値及び放熱用基板４下の接合部８の平均累積損傷値の補正を行う。以下、具体的な構成について説明する。

【0099】

図１８は、第４の実施形態における損傷判定システム１００ｃの構成を示す図である。損傷判定システム１００ｃは、半導体装置１内部の接合部８，９において発生した損傷の判定に用いられる。損傷判定システム１００ｃは、半導体装置１と、ヒートシンク２と、複数のセンサ１０－１～１０－ｎと、温度センサ２０と、稼働制御装置３５と、信号処理部４０と、損傷判定装置５０ｃを備える。複数のセンサ１０－１～１０－ｎと信号処理部４０とは、有線により接続される。信号処理部４０と損傷判定装置５０ｃとは、有線又は無線により接続される。温度センサ２０と稼働制御装置３５とは、有線により接続される。稼働制御装置３５と信号処理部４０とは、有線により接続される。

【0100】

損傷判定システム１００ｃは、損傷判定装置５０に代えて損傷判定装置５０ｃを備える点で損傷判定システム１００と構成が異なる。損傷判定システム１００ｃのその他の構成については損傷判定システム１００と同様である。そのため、損傷判定システム１００ｃ全体の説明は省略し、損傷判定システム１００との相違点について説明する。なお、図１８に示す損傷判定システム１００ｃでは、第１の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行うものとする。

【0101】

損傷判定装置５０ｃは、通信部５１と、制御部５２ｃと、記憶部５３ｃと、表示部５４とを備える。通信部５１及び表示部５４の構成は、損傷判定装置５０が備える機能部と同じ処理を行うため説明を省略する。

【0102】

記憶部５３ｃは、取得部５２１によって取得された送信データと、従来手法で算出されたパワー半導体３下の接合部９の疲労寿命分布と平均累積損傷値、放熱用基板４下の接合部８の疲労寿命分布と平均累積損傷値を記憶する。なお、記憶部５３ｃには、起動条件、センサ１０の設置位置に関する情報及び初期状態の健全面積の情報が記憶されていてもよい。記憶部５３ｃは、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

【0103】

制御部５２ｃは、損傷判定装置５０ｃ全体を制御する。制御部５２ｃは、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２ｃは、プログラムを実行することによって、取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３、通知部５２４及び補正部５２５として機能する。取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３、通知部５２４及び補正部５２５を実現するためのプログラムは、出荷時に損傷判定装置５０ｃにインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

【0104】

補正部５２５は、損傷判定部５２３により損傷が発生したと判定された場合に、記憶部５３ｃに記憶されているパワー半導体３下の接合部９の平均累積損傷値及び放熱用基板４下の接合部８の平均累積損傷値を補正する。

【0105】

ここで、補正部５２５が行う補正の具体的な方法について図１９を用いて説明する。図１９は、第４の実施形態における補正部５２５が行う補正方法を説明するための図である。図１９において、パワー半導体３下の接合部（補正前）及び放熱用基板４下の接合部（補正前）は、記憶部５３ｃに記憶されている平均累積損傷値を表す。累積損傷値Ｄは、１に達した時点で破損するが、平均累積損傷値が０．８６の段階で放熱用基板４下の接合部８の破損が検知された（損傷が発生したと判定された）とする。

【0106】

この場合、補正部５２５は、ΔＤ＝１－０．８６に相当する累積損傷値が予測されない何らかの理由で加えられたものと判断し、破損していない残りのパワー半導体３下の接合部９の平均累積損傷値である０．５３を、放熱用基板４下の接合部８の平均累積損傷値である０．８６で除算する。そして、補正部５２５は、０．５３を０．８６で除算した０．６１６をパワー半導体３下の接合部９の新たな平均累積損傷値とする。なお、放熱用基板４下の接合部８の破損が検知された（損傷が発生したと判定された）ことに応じて、補正部５２５は、放熱用基板４下の接合部８の新たな平均累積損傷値を１とする。このように、補正部５２５は、パワー半導体３下の接合部９の平均累積損傷値及び放熱用基板４下の接合部８の平均累積損傷値を補正する。なお、補正後には放熱用基板４下の接合部８の累積損傷値は１を超えるが、この破損はき裂発生寿命であり、き裂進展を伴う製品寿命を意味するものではない。補正部５２５は、補正後のパワー半導体３下の接合部９の平均累積損傷値及び放熱用基板４下の接合部８の平均累積損傷値に基づいて、パワー半導体３下の接合部９の疲労寿命分布及び放熱用基板４下の接合部８の疲労寿命分布も補正する。

【0107】

以上のように構成された損傷判定システム１００ｃによれば、アラート通知を行うタイミングで、接合部８，９の平均累積損傷値を補正する。これにより、パワー半導体３下の接合部９の疲労寿命分布と、放熱用基板４下の接合部８の疲労寿命分布がより高精度な結果に補正される。このように、寿命予測を高精度化することが可能になる。

【0108】

（第４の実施形態の変形例）
上述した例では、損傷判定システム１００ｃが、第１の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行う構成を示した。損傷判定システム１００ｃは、第２の実施形態に示す損傷検知方法、又は、第３の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行うように構成されてもよい。

【0109】

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかの損傷検知方法において、疲労寿命分布予測手法を組み合わせて寿命予測を高精度化する構成について説明する。

【0110】

まず第５の実施形態における概要について説明する。第５の実施形態では、図２０に示すように複数個の半導体装置１が組み込まれているインバーター装置８０における寿命予測を高精度化する。図２０に示すように、インバーター装置８０が備える各半導体装置１には、複数のセンサ１０が配置される。なお、第５の実施形態において対象とする装置は、インバーター装置８０に限らず、複数個の半導体装置１が組み込まれている装置であれば他の装置であってもよい。第５の実施形態では、従来の疲労寿命分布を事前確率分布として、ベイズ推定により事後確率分布を算出することで、寿命予測を高精度化する。以下、具体的な構成について説明する。

【0111】

図２１は、第５の実施形態における損傷判定システム１００ｄの構成を示す図である。損傷判定システム１００ｄは、半導体装置１内部の接合部８，９において発生した損傷の判定に用いられる。損傷判定システム１００ｄは、半導体装置１と、ヒートシンク２と、複数のセンサ１０－１～１０－ｎと、温度センサ２０と、稼働制御装置３５と、信号処理部４０と、損傷判定装置５０ｄを備える。複数のセンサ１０－１～１０－ｎと信号処理部４０とは、有線により接続される。信号処理部４０と損傷判定装置５０ｄとは、有線又は無線により接続される。温度センサ２０と稼働制御装置３５とは、有線により接続される。稼働制御装置３５と信号処理部４０とは、有線により接続される。

【0112】

損傷判定システム１００ｄは、損傷判定装置５０に代えて損傷判定装置５０ｄを備える点で損傷判定システム１００と構成が異なる。損傷判定システム１００ｄのその他の構成については損傷判定システム１００と同様である。そのため、損傷判定システム１００ｄ全体の説明は省略し、損傷判定システム１００との相違点について説明する。なお、図２１に示す損傷判定システム１００ｄでは、第１の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行うものとする。

【0113】

損傷判定装置５０ｄは、通信部５１と、制御部５２ｄと、記憶部５３ｄと、表示部５４とを備える。通信部５１及び表示部５４の構成は、損傷判定装置５０が備える機能部と同じ処理を行うため説明を省略する。

【0114】

記憶部５３ｄは、取得部５２１によって取得された送信データと、従来手法で算出された複数の半導体装置１のパワー半導体３下の接合部９の疲労寿命分布及び複数の半導体装置１の放熱用基板４下の接合部８の疲労寿命分布を記憶する。なお、記憶部５３ｄには、起動条件、センサ１０の設置位置に関する情報及び初期状態の健全面積の情報が記憶されていてもよい。記憶部５３ｃは、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

【0115】

制御部５２ｄは、損傷判定装置５０ｄ全体を制御する。制御部５２ｄは、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２ｄは、プログラムを実行することによって、取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３、通知部５２４及び算出部５２６として機能する。取得部５２１、位置標定部５２２、損傷判定部５２３、通知部５２４及び算出部５２６を実現するためのプログラムは、出荷時に損傷判定装置５０ｄにインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

【0116】

算出部５２６は、損傷判定部５２３により損傷が発生したと判定された場合に、記憶部５３ｃに記憶されている複数の半導体装置１のパワー半導体３下の接合部９の疲労寿命分布及び複数の半導体装置１の放熱用基板４下の接合部８の疲労寿命分布を事前確認分布として、ベイズ推定により事後確率分布を算出する。

【0117】

ここで、算出部５２６が行う処理について具体的に説明する。インバーター装置８０において運用されているｍ（ｍは２以上の整数）個の半導体装置１のうちのｋ（ｋは１以上の整数）個の半導体装置１において損傷が発生した場合を考える。これを事象Ａとすると、信頼度Ｒの半導体装置１において、事象Ａが生じる確率は式（１）で表される。

【0118】

【数1】

【0119】

このとき、信頼度Ｒとは、機器やその構成要素が与えられた条件で規定の期間中、要求された機能を果たす確率を表し、式（２）で表される。

【0120】

【数2】

【0121】

式（２）において、Ｐ_ｆは破損確率を表す。破損確率は、累積損傷値が１を超えた確率密度の合計で表される。事後確率分布ｆ（Ｒ｜Ａ）は式（３）で表される。

【0122】

【数3】

【0123】

算出部５２６は、上式（３）に基づいて事後確率分布ｆ（Ｒ｜Ａ）を算出する。この算出された事後確率分布ｆ（Ｒ｜Ａ）が、高精度化された寿命予測結果となる。

【0124】

以上のように構成された損傷判定システム１００ｄによれば、ベイズ推定により、従来の疲労寿命予測よりも確度の上がった推定が可能になる。

【0125】

（第５の実施形態の変形例）
上述した例では、損傷判定システム１００ｄが、第１の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行う構成を示した。損傷判定システム１００ｄは、第２の実施形態に示す損傷検知方法、又は、第３の実施形態に示す損傷検知方法により接合部８，９の損傷の判定を行うように構成されてもよい。

【0126】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、放熱用基板４を他の構成部材と接合する１以上の接合部８，９を有する１以上の半導体装置１と、１以上の半導体装置１の１以上の接合部８，９で発生した弾性波を検出する複数のセンサ１０と、複数のセンサ１０それぞれによって検出された複数の弾性波のうち、温度に基づく条件を満たした弾性波に基づいて、１以上の接合部８，９の損傷を判定する損傷判定部５２３と、を持つことにより、半導体装置内部の接合部の劣化を高精度に検出することができる。

【0127】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、種々の省略、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様に、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】

【0128】

１…半導体装置，２…ヒートシンク，３…パワー半導体，４…放熱用基板，５…Ｃｕベースプレート，６－１、６－２…Ｃｕ，７…セラミック絶縁基板，１０、１０－１～１０－ｎ…センサ，２０…温度センサ，３５、３５ａ…稼働制御装置，４０、４０ｂ…信号処理部，４１…ＡＦＥ，４２…制御部，４３…通信部，４４…稼働部，４５…電源供給部，５０、５０ｃ、５０ｄ…損傷判定装置，５１…通信部，５２、５２ｃ、５２ｄ…制御部，５３、５３ｃ…記憶部，５４…表示部，６０…記憶装置，６５…フィルタ，８０…インバーター装置，１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ…損傷判定システム，４１１…受信部，４１２…第１フィルタ，４１３…アナログデジタル変換部，４１４…第２フィルタ，４２１…イベント信号生成部，４２２…特徴量抽出部，４２３…送信データ生成部，５２１…取得部，５２２…位置標定部，５２３…損傷判定部，５２４…通知部，５２５…補正部，５２６…算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】