パワーサイクル試験 — CAE用語解説

そう、インバータや電力変換器に使うIGBTやパワーMOSFETが、通電・遮断の繰り返しによる発熱サイクルで何回まで壊れずに動作できるかを評価する試験だ。ボンディングワイヤの剥離、はんだ層のき裂進展がよく見られる主な故障モードで、CAEでこれをシミュレーションできる。

まず電磁界または回路シミュレーションでジュール発熱を求めて、それを熱解析の熱源として与える。次に温度分布を構造解析（熱応力解析）に渡してはんだ層の熱ひずみを計算する。最後に疲労則（Coffin-Mansonモデルなど）でき裂寿命を推定する。こういう熱-電-構造の多連成解析だよ。

熱疲労のき裂寿命を予測する経験則で、Nf = C・(ΔεP)^(-k) という形をしている。Nfが破壊までのサイクル数、ΔεPがプラスチックひずみ範囲だ。はんだ材のクリープ疲労にはAnand粘塑性モデルと組み合わせることが多い。車載パワーモジュールの寿命設計でCAEとの相関検証が進んでいる。

はんだの材料定数（特にクリープパラメータ）の精度がカギになる。参考文献の値を使っていると実際の材料と差が出るから、自社材料でのクリープ試験からパラメータ同定することが重要だ。また温度サイクルのプロファイル（加熱速度・保持時間）も結果に影響するから試験条件を正確に再現することが大切だよ。

• 熱疲労
• クリープ解析
• はんだ接合
• 疲労解析
• ジュール発熱