電源機器の寿命検証
2018年12月25日
こんにちは。電源設計課 電源設計ユニットの木下です。
私は現在、電源機器の開発を担当しております。
(WTIの電源設計サービスはこちらをご参照ください)
電源機器には電解コンデンサ、フォトカプラ(光通信デバイス)、リレーなど、部品として製品の耐用年数を満足しなければならず、寿命計算や電気評価にて寿命の検証を行うものが数多く存在します。
以下に電気評価の事例をご紹介いたします。
こんにちは。電源設計課 電源設計ユニットの木下です。
私は現在、電源機器の開発を担当しております。
(WTIの電源設計サービスはこちらをご参照ください)
電源機器には電解コンデンサ、フォトカプラ(光通信デバイス)、リレーなど、部品として製品の耐用年数を満足しなければならず、寿命計算や電気評価にて寿命の検証を行うものが数多く存在します。
以下に電気評価の事例をご紹介いたします。
みなさん、はじめまして。
パワー設計課の伊達です。
私は主にパワー半導体製品(パワーMOSFET、IGBTのディスクリート品やモジュール品)の評価を行っています。
(パワーモジュール評価サービスはこちら)
今回は、パワー半導体のスイッチング評価を行う上での安全対策について少しお話しします。
本題に入る前に、スイッチング評価について説明します。
みなさん、はじめまして。
パワー設計課パワー設計第一ユニットの石川です。どうぞよろしくお願いします。
WTIでは今年も新入社員が入社しました。4月の集合研修では、『WTIの新人教育、ただいま真っ最中![18年度バージョン]』でご紹介しましたアナログ・デジタル講座など技術者として必要なスキルを身につけ、この5月からいよいよ各部署に配属されています。 【目次】
《全般》
《高周波・無線》
《電気設計・FPGA/ソフトウェア》
《電源・ワイヤレス給電》
《機構(筐体)》
《解析(シミュレーション)》
《LSIパッケージ》
《カスタム計測・受託評価》
《申請・調査代行》
《基板レイアウト設計》
《リバースエンジニアリング》
《電波暗室レンタルサービス》
《テクノシェルパサービス》
《技術講座》
- オンライン講座
プレスリリース
イベント
技術サービス
会社情報
受賞・メディア掲載実績
※2019年から4年連続の認定です。
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Wave Technologyにおいて最も大切なこと、それはお客様に満足していただける質の高い技術サービスを提供し続けることです。そのためには、社員の能力開発が不可欠です。また、社員の一人ひとりが充実した人生を送ることに対して、能力向上はその根幹をなすものと考えています。 以上のような思いから、社員教育を弊社における最重要事項の一つと位置づけ、社員教育を専門に行う技術教育センターを2009年に開設しました。以降、社員教育に継続的に取り組んでいます。 弊社の企業規模でこのような教育専門部署を持つことは比較的稀なことですが、社員教育重視の経営方針を貫き、社員の成長を通じて技術サービスの質の向上と技術領域拡大に取り組む弊社のゆるがぬ決意の表れとご理解いだだけましたら幸甚です。 |
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教育コンセプト
~当社技術教育センターの能力開発施策と支援体制のご紹介~
当社は、社員教育を最重要施策の一つとしており、社員教育専門の部署である技術教育センターによって継続的な教育活動に取り組んでおります。その教育活動は、技術講座開催、技術文書の書き方指導、マルチ化と呼ぶ多能化施策など多岐に亘り、職制のOJTとの併用によって社員の実践的能力開発を支援しています。
具体的には以下に示す4つの施策によって多様な人材育成に取り組み、社員の自己実現を促進するとともに、お客様に満足いただけるサービスのご提供を目指しております。
(1)徹底した基礎学習
> 当社共通技術(アナログデジタル回路・高周波回路)の基礎講座を開催しています。
> 原理原則に基づく思考力を養い、確認テストによって客観的に理解度を把握します。
> 理論学習と実習を併用した学習プログラムで基礎力を磨きます。
(2)個別技術講座で技術レベルを向上
> 個別技術講座では、専門技術のレベル向上と技術領域の拡大を図ります。
> 専門理論・必須技術を原理原則に立ち返って指導します。
> 実務を模擬した教材で実践力を向上します。
(3)文書品質重視の指導
> 重要な成果物である技術文書の品質指導に取り組んでいます。
> 全社員に書き方講座を行います。
> 個々の技術文書にも徹底した添削指導を行います。
(4)全社を挙げて育成PDCAを推進
> 育成状況は社内の全関係者が確認し、進捗をサポートします。
> 一人一人の育成に全社を挙げて向き合うことで、着実な成果を得ています。
なお、学生さんが当社を選択する理由として、当社の充実した教育システムを挙げられることも当社の特長の一つです。
さらには、当社の技術分野とは異なる学科の学生さんを受け入れ育成することも可能で、多数の採用実績がございます。<関連ブログはこちら>
- WTI自慢の教育研修プログラムとは?(社長の教育紹介ブログ)
- 入社一年目の体験をお伝えします ~素人同然の私でも組み込みソフトの基礎を習得できました~ (新入社員ブログ)
- 回路設計するうえで必須の電気・電子系技術 (新入社員ブログ)
- 機構設計素人がWTIに入社半年で感じたこと(新入社員ブログ)
- 新人研修を終えて、さぁこれから2年目に突入です! (新入社員ブログ)
- 新人教育担当者の振り返り ~新人の成長は自身の成長!~(新人指導者ブログ)
- 電気力線が見えた!(新入社員講座紹介)
- 記憶を長期化させるとっておきの方法とは?~当社オリジナルの新人教育プログラムをご紹介します!(新入社員講座紹介)
技術教育体系
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講座風景
【アナログ/デジタル回路講座】
1章 電子回路の基本法則・定理とその応用
2章 LED点灯実験
- LEDの発光原理
- LED点灯実験
3章 トランジスタの基礎
- トランジスタの動作原理
- 増幅回路
- 動作確認実験
4章 デジタル回路
- デジタル回路の基本素子
- ブール代数と論理式
- CMOS回路
- ロジックICの諸特性
5章 アナデジ複合回路実験
- 回路設計/解析
- 基本計測器の概要
- 動作確認実験
【パワーエレクトロニクス講座】
1章 パワーデバイスの基本機能と動作原理
- パワーデバイスと棲み分け
- パワーダイオード
- MOSFETとIGBT
- SiCデバイスの物性と優位点
2章 パワーデバイス単体動作実験
- DC動作(MOSFET,IGBT)
- パルス動作(抵抗負荷/L負荷)
3章 スイッチング電源
3.1 電力変換の概要
3.2 スイッチング電源の原理
- スイッチング電源の原理
- 代表的な回路方式
3.3 スイッチング電源実験
- 降圧チョッパ実験
- 昇圧チョッパ実験
- フライバックコンバータ実験
4章 インバータ
4.1 インバータの原理と特徴
- インバータの変換方式
- インバータの動作解析
4.2 インバータの制御回路
- PWM回路
- デッドタイム回路/インターロック回路
- ゲートドライブ回路
- 保護回路
4.3 単相インバータ実験
【高周波回路設計の基礎講座】
1章 高周波信号の数学的取扱2章 分布定数回路と伝送線路の理論
- 特性インピーダンスと伝搬定数
- 線路の設計
3章 伝送線路の製作と実験
- 伝送線路の長さと電気長
- 伝送線路の特性
4章 イミタンスチャートとインピーダンスマッチング
- イミタンスチャート
- イミタンスチャートの使い方
5章 インピーダンスマッチング回路の製作と実験
- 集中定数と分布定数回路の違い
6章 結合伝送線
- Sパラメータ
- 分配、合成回路
- ハイブリッド結合器
7章 フィルタの設計・測定
- シミュレーション
- バンドパスフィルタの測定
8章 トランジスタの高周波特性の課題
9章 MIC,MMICでの受動回路部品
【無線通信Ⅰ講座】1章 無線通信システムの構成要素
2章 送受信機の構成と変調方式
2.1 送受信機の基礎
2.2 受信機
(1)受信方式
(2)受信機の性能
2.3 変調および復調
(1)変調方式
(2)復調方式
(3)伝送品質の評価
2.4 送信3章 無線通信システムの設計要素
3.1 無線周波数帯の主な用途
3.2 回線設計と電波伝搬の基礎
3.3 電波伝搬の実際
3.4 アンテナ4章 無線通信システムのアクセス方式
4.1 多重化方式
4.2 多元接続方式5章 無線通信機器のシステム設計事例
6章 携帯電話システムとネットワークの概要
社長ブログ(教育関連)
「技術力」で顧客に選ばれる設計/開発会社の特徴
会社選びのポイント=顧客を知る
「教育」が、設計/開発会社を選択するときの重要判断ポイント
テーラーメイド技術者教育はWTIの作法
2年目研修発表会
WTIの技術者育成の作法 ~マルチ技術者養成~
新人研修フォロー会議
IoT時代は技術者不足。技術教育で世に貢献したい!
茶道とWTIの関係 ~一座建立(いちざこんりゅう)の精神~
●プロ設計者養成プロジェクト「テクノシェルパ」トップページ
●「IoT・センサ応⽤技術コンサル請負サービス」紹介ページ
●「テクノシェルパ」ブログ
もご覧ください。
パワーモジュールでは、kWレベルの大電力を扱うため、通電のON/OFFを繰り返すことで熱応力が発生し、製品内部及び製品を放熱系統に取りつける部分に大きなストレスが発生します。
ストレスが繰り返し発生すると、
- 製品の性能低下や破壊
- 製品を取りつけるグリース劣化による放熱性低下に伴う製品破壊
といった症状が見られるようになります。
パワーサイクル試験は、このような課題に対する実⼒及び寿命を予測するために⾏われる試験項目のひとつです。
目的に応じ、ショートパワーサイクル、ロングパワーサイクルといった2 種類の試験があります。対応する試験は規格として制定されており、JEITA-ED-4701/601 602 603。車載用電子部品ではAEC-Q101で規格化されています。
また、規格に準拠した試験以外にも、グリース評価をするための試験や、SiC等の開発で双方向通電をおこなう等、目的によって様々な条件で試験が実施されています。
WTIでは、品種や条件で多くの組み合わせがある中、得意のカスタム計測・制御技術を活かし、制御環境の構築及び改良をおこなっております。実際の試験は、専用の試験ルームと人員を確保されているパートナー会社で試験受託しており、協業する形でビジネスを展開しております。特にAEC-Q101では、ロット77台×3ロットの試験を行う必用があり、対応が可能な受託会社は非常に限られます。
パワーデバイスの開発サポートという着眼で見ると、WTIではパワーモジュールの静特性評価・スイッチング評価はもちろんのこと、10年以上の経験を活かし、熱・応力解析による構造開発サポートもおこなうことが可能です。
また、モジュール単体だけではなく、DC-DCコンバータ等の電源システム開発までWTI内でサポートできる体制が整っております(~数kWクラスまで)。WTIはデバイスからシステムまで、お客様の課題に対し、広範囲にサポートすることができる稀な会社です。
自動車では世界的なEV推進の加速により、電動化の波が押し寄せてきております。これからの時代、各社が得意な技術を持ち合い、協業により技術開発を加速していくことが益々重要になってくると考えています。
WTIの活用をお待ちしております。
1.静特性評価
カーブトレーサを用い、静特性データを取得。
2000V、400Aクラスまでの製品に対応可能。
従来、2台のカーブトレーサを使い分けて測定する必要のあった製品を一括で自動計測。
2.動特性評価
600V、300Aクラスの評価実績あり。
評価環境抜粋
等価回路例
代表波形
※ゲートドライバはお客様支給を前提としております。
個別準備も可能ですが、その場合、個別に相談となります。
3.構造解析、信頼性試験
- クロスセクション
表面、断面解析等、目的に応じて実施内容をご提案いたします。- 信頼性試験
弊社及びパートナー会社にて、各種信頼性試験を行うことができます。
パワーサイクル試験については、内容をお聞きしパートナー会社の紹介含め、個別にご提案いたします。4.パワーサイクル試験(パートナー会社様提供)
①パワーサイクル試験の動作原理
- ゲート電圧(VG)印加するとドレイン電流(ID)が流れます。
- IDが流れるとパワ-チップの温度(Tj)が急上昇します。
- パワーチップの熱はケース側(Tc)に向かって流れることになります。
- この原理を利用して、パワーサイクル試験を実施します。
これらID/Tj/Tc値を用いて、試験の条件出しを行います。
②ショートパワーサイクル(参考:JEITA-ED-4701/601 602)
主にスイッチングデバイス等の、パッケージ温度(Tc)が比較的安定した状態で、ON/OFF動作の繰り返しを再現した試験です。
チップから上の部分における、材料間の線膨張係数の違いによる劣化評価です。

③ロングーパワーサイクル(参考:JEITA-ED-4701/603)
主にパワーデバイスのON/OFF動作を繰り返し再現した試験です。
チップから下の部分における、材料間の線膨張係数の違いによる劣化評価です。
| 試験サンプル | MOSFETモジュール事例 |
| 試験条件 | ID=250A(ON/OFF制御) ON/OFF=2/2minVGS=15V(常時印加)ΔTj=100℃(50~150℃) 10kcyc |
| 冷却方式 | 空冷ファン方針 |
| 常時モニタ | 各VDS(ON)、各Tc |
| アラーム機能 |
VDS、IDS上限 DC電源OFF Tc上限 電源ブレーカー遮断 |
④故障モードについて
故障モードは、ショートやオープン不良が主となります。
- チップ過電流破壊
- 温度変化による繰返し疲労でのクラック、剥離(断続動作モード)
- 温度変化による繰返し疲労でのクラック、剥離(パワーサイクルモード)

⑤試験環境抜粋(パートナー会社)
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5.パワーモジュール通電制御環境構築例

<前提条件>
①Tjが最大定格を超えない範囲で、モジュールのケース温度を極力短時間で上下させることを目的に、可変電力制御を適用。
②6素子が全て直列接続されている。
③1素子あたり1kW程度の電力範囲で6素子同時に可変電力制御をおこなう。
④各端子と温度の波形を全て記録する。<適用技術>
デジタルフィードバックで高速で制御させるため、次の構成を選択。
①制御の中心にRTOS(リアルタイムOS)とFPGAを組み合わせた制御ボードを選択。プロトタイピング設計を前提に、NI(ナショナルインスツルメンツ)社のボードを使い、LabVIEWで設計。
②入出力絶縁とモジュール制御のため、カスタム基板設計。
基板①とコントローラ基板
基板②
詳細資料をご希望の方はこちら
【当ページ関連の資料タイトル】
●「カスタム計測・試験環境構築・受託評価のサービス紹介」
●「導体抵抗自動モニタリングシステム取り扱いマニュアル」・カスタム計測の概要はこちら
・治具の設計・製作の詳細はこちら
・カスタム計測システム・治具の実績例はこちら
・カスタム計測技術を活かした環境による受託評価の詳細はこちら
・カスタム計測システム事業 執念の復活劇はこちら・WTIブログもご覧ください
カスタム計測はIoTを救う!?
カスタム計測はIoTを救う!?(Part 2)
電子部品や製品の評価・試験を受託する会社は少ない!
カスタム計測は技術とアイデア!リアルタイム制御にトライしてみました
データ自動解析で「働き方改革」はいかがですか?・電子回路設計 ヒントPLUS☆(計測・テスト関連)
~計装アンプって便利ですよ(電流検出)~
~計装アンプって便利ですよ(微小信号検出)~
~計装アンプって便利ですよ(GND以外の基準で出力できる)~
~計装アンプを使う上での注意点~
~リーク電流ってどうやって測定してますか?~
~アイソレーションアンプの有効活用~
~エイリアスとナイキスト周波数(アナログ波形のデジタル化における注意点)~・社長ブログ(カスタム計測関連)
技術者不足の時代 ~単純作業を自動化しよう~
「事業解散を超えて」 ~WTIカスタム計測システム事業 執念の復活劇~
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。