JP7523231B2 - Method and apparatus for manufacturing power semiconductor module, learning device, and inference device - Google Patents
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Description
本開示は、電力用半導体モジュールの製造方法、電力用半導体モジュールの製造装置、学習装置、および推論装置に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a power semiconductor module, an apparatus for manufacturing a power semiconductor module, a learning device, and an inference device.
複数個の半導体装置を並列接続して構成される電力用半導体モジュールにおいて、駆動時に特定の半導体装置に相対的に大きな電流が流れることがある。その結果、その半導体装置が故障することによって、電力用半導体モジュールが故障する。 In a power semiconductor module that is composed of multiple semiconductor devices connected in parallel, a relatively large current may flow through a specific semiconductor device when it is in operation. As a result, the semiconductor device may fail, causing the power semiconductor module to fail.
このような問題に対して、各半導体装置のエミッタ側にインダクタンス手段を設けることによって、オン時に閾値電圧の低い半導体装置のゲート-エミッタ間の電圧を低下させる。これによって、電力用半導体モジュールを構成する複数の半導体装置の特性のばらつきによる電流のアンバランスを低減し、電力用半導体モジュールの故障を回避する(たとえば、特許文献1を参照)。 To address this issue, an inductance means is provided on the emitter side of each semiconductor device, lowering the gate-emitter voltage of the semiconductor device with a low threshold voltage when on. This reduces the current imbalance caused by the variation in characteristics of the multiple semiconductor devices that make up the power semiconductor module, and prevents failure of the power semiconductor module (see, for example, Patent Document 1).
電力用半導体モジュールにおいて、並列接続された複数の半導体素子に流れる電流のアンバランスは、各半導体装置のスイッチング特性だけで決まらない。したがって、特許文献1に記載の手段では限定的なモードの電流アンバランスしか低減できず、電力用半導体モジュールの故障を十分に回避することができない。
In a power semiconductor module, the imbalance of currents flowing through multiple semiconductor elements connected in parallel is not determined solely by the switching characteristics of each semiconductor device. Therefore, the method described in
それゆえに、本開示は、故障が生じにくい電力用半導体モジュールを製造することができる電力用半導体モジュールの製造方法、電力用半導体モジュールの製造装置、学習装置、および推論装置を提供することである。 Therefore, the present disclosure provides a power semiconductor module manufacturing method, a power semiconductor module manufacturing apparatus, a learning device, and an inference device that can manufacture power semiconductor modules that are less prone to failure.
本開示は、複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造方法であって、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得するステップと、学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するステップと、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得するステップと、学習済モデルを用いて、取得した入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するステップと、推論された故障についてのデータに基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定するステップとを備える。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a power semiconductor module in which multiple semiconductor devices are connected in parallel, comprising the steps of: acquiring learning data consisting of input data including characteristic data of each of the multiple semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the multiple semiconductor devices, and teacher data including data on failures in the early failure period and random failure period when the multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated; using the learning data, generating a trained model for inferring data on failures in the early failure period and random failure period when the multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated from the input data including the characteristic data of each of the multiple semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the multiple semiconductor devices; acquiring input data including characteristic data of each of multiple candidate semiconductor devices to be mounted in the power semiconductor module and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the multiple candidate semiconductor devices; inferring data on failures in the early failure period and random failure period when the multiple candidate semiconductor devices are connected in parallel and operated from the acquired input data using the trained model; and determining whether the multiple candidate semiconductor devices can be mounted in the power semiconductor module based on the data on inferred failures.
本開示は、複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造方法であって、初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する正常な複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データからなる学習用データを取得するステップと、学習用データを用いて、正常な複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを複数のクラスタのうちのいずれかに分類するための学習済モデルを生成するステップと、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得するステップと、学習済モデルを用いて、取得した入力データを複数のクラスタのうちのいずれか、または複数のクラスタ以外に分類するステップと、分類の結果に基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定するステップとを備える。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a power semiconductor module in which multiple semiconductor devices are connected in parallel, the method comprising the steps of: acquiring learning data consisting of input data including characteristic data of each of multiple normal semiconductor devices constituting a normal power semiconductor module that did not fail during the initial failure period and the random failure period, and calculation data obtained by calculating each of the characteristic data; generating a trained model using the learning data to classify the input data including the characteristic data of each of the normal semiconductor devices and the calculation data obtained by calculating each of the characteristic data into one of multiple clusters; acquiring input data including characteristic data of each of multiple candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and the calculation data obtained by calculating each of the characteristic data; classifying the acquired input data into one of the multiple clusters or into other than the multiple clusters using the trained model; and determining whether the multiple candidate semiconductor devices can be mounted on the power semiconductor module based on the classification result.
本開示は、複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造装置であって、学習装置と、推論装置とを備える。学習装置は、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得するデータ取得部と、学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部とを含む。推論装置は、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得するデータ取得部と、学習済モデルを用いて、データ取得部が取得した入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する推論部とを含む。電力用半導体モジュールの製造装置は、さらに、推論装置によって推論された故障についてのデータに基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する搭載装置とを備える。 The present disclosure relates to a manufacturing apparatus for a power semiconductor module in which a plurality of semiconductor devices are connected in parallel, the manufacturing apparatus comprising a learning apparatus and an inference apparatus. The learning apparatus includes a data acquisition unit that acquires learning data consisting of input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculation of the characteristic data, and teacher data including data on failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, and a model generation unit that uses the learning data to generate a trained model for inferring data on failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated from the input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculation of the characteristic data. The inference apparatus includes a data acquisition unit that acquires input data including characteristic data of each of the plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and calculation data obtained by calculation of the characteristic data, and an inference unit that uses the trained model to infer data on failures in the early failure period and random failure period when the plurality of candidate semiconductor devices are connected in parallel and operated from the input data acquired by the data acquisition unit. The power semiconductor module manufacturing apparatus further includes a mounting device that determines whether multiple candidate semiconductor devices can be mounted on the power semiconductor module based on data about the failure inferred by the inference device.
本開示の学習装置は、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得するデータ取得部と、学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部とを備える。 The learning device of the present disclosure includes a data acquisition unit that acquires learning data consisting of input data including characteristic data of each of a plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the semiconductor devices, and teacher data including data on failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, and a model generation unit that uses the learning data to generate a trained model for inferring data on failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, from the input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the semiconductor devices.
本開示の推論装置は、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得するデータ取得部と、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを用いて、データ取得部から入力された入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する推論部とを備える。 The inference device of the present disclosure includes a data acquisition unit that acquires input data including characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on a power semiconductor module and computational data obtained by computing the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices, and an inference unit that infers data about failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated from the input data input from the data acquisition unit, using a trained model for inferring data about failures in the early failure period and random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, from the input data including the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and computational data obtained by computing the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices.
本開示によれば、学習済モデルを用いて、取得した入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するので、故障が生じにくい電力用半導体モジュールを製造することができる。 According to the present disclosure, a trained model is used to infer data about failures during the initial failure period and random failure period when multiple candidate semiconductor devices are connected in parallel and operated from acquired input data, making it possible to manufacture power semiconductor modules that are less prone to failures.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の電力用半導体モジュールの製造装置2の構成を表わす図である。電力用半導体モジュールの製造装置2は、学習装置8と、学習済モデル記憶部7と、推論装置14と、搭載装置51とを備える。学習装置8および推論装置14は、電力用半導体モジュールの製造装置2とは別個の装置であってよい。学習装置8および推論装置14は、電力用半導体モジュールの製造装置2に内蔵されていてもよい。学習装置8および推論装置14は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
1 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor
図2は、電力用半導体モジュールが搭載されている装置の例を説明するための図である。駆動装置1は、バッテリ10、DC/DCコンバータ20、インバータ30、モータ40を備える。
Figure 2 is a diagram for explaining an example of a device equipped with a power semiconductor module. The
DC/DCコンバータ20は、スイッチング素子Q1,Q2,ダイオードD1,D2、リアクトルL1を含む。
The DC/
スイッチング素子Q1は、2つの並列接続されたスイッチング素子Q1A及びQ1Bとからなる。ダイオードD1Aは、スイッチング素子Q1Aに逆並列に接続される。ダイオードD1Bは、スイッチング素子Q1Bに逆並列に接続される。 Switching element Q1 consists of two switching elements Q1A and Q1B connected in parallel. Diode D1A is connected in anti-parallel to switching element Q1A. Diode D1B is connected in anti-parallel to switching element Q1B.
スイッチング素子Q2は、2つの並列接続されたスイッチング素子Q2A及びQ2Bとからなる。ダイオードD2Aは、スイッチング素子Q2Aに逆並列に接続される。ダイオードD2Bは、スイッチング素子Q2Bに逆並列に接続される。 Switching element Q2 consists of two switching elements Q2A and Q2B connected in parallel. Diode D2A is connected in anti-parallel to switching element Q2A. Diode D2B is connected in anti-parallel to switching element Q2B.
スイッチング素子Q1A,Q1B,Q2A,Q2Bは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成される。スイッチング素子Q1A,Q1Bと、ダイオードD1A,D1Bとによって電力用半導体モジュールが構成される。スイッチング素子Q2A,Q2Bと、ダイオードD2A,D2Bとによって電力用半導体モジュールが構成される。電力用半導体モジュールが2個の並列接続された半導体装置であるIGBTを含むものとしたが、3個以上の並列接続された半導体装置であるIGBTを含むものとしてもよい。 The switching elements Q1A, Q1B, Q2A, and Q2B are configured by IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The switching elements Q1A and Q1B and the diodes D1A and D1B configure a power semiconductor module. The switching elements Q2A and Q2B and the diodes D2A and D2B configure a power semiconductor module. Although the power semiconductor module includes two IGBTs, which are semiconductor devices connected in parallel, it may also include three or more IGBTs, which are semiconductor devices connected in parallel.
図3は、実施の形態1の学習装置8の構成を表わす図である。
学習装置8は、データ取得部5と、モデル生成部6を備える。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
The
データ取得部5は、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得する。
The
半導体装置の特性データは、出力特性データ、伝達特性データ、リーク特性データ、および製造情報のうちの少なくとも1つを含む。 The semiconductor device characteristic data includes at least one of output characteristic data, transmission characteristic data, leakage characteristic data, and manufacturing information.
出力特性データは、たとえば、半導体装置であるIGBTのゲート-エミッタ間にしきい値電圧以上の電圧を印加した状態で、IGBTのコレクタ-エミッタ間に温度K1で時間T1だけ電圧を印加した際のコレクタ-エミッタ電流値である。温度K1および時間T1を変化させた複数の条件における出力特性データを用いることとしてもよい。 The output characteristic data is, for example, the collector-emitter current value when a voltage equal to or greater than the threshold voltage is applied between the gate-emitter of an IGBT, which is a semiconductor device, and a voltage is applied between the collector-emitter of the IGBT at temperature K1 for time T1. It is also possible to use output characteristic data under multiple conditions in which the temperature K1 and time T1 are changed.
伝達特性データは、たとえば、半導体装置であるIGBTのコレクタ-エミッタ間に電圧V2を印加した状態で、IGBTのゲート-エミッタ間に温度K2で電流I2が流れたときのゲート-エミッタ電圧値である。電圧V2、温度K2および電流I2を変化させた複数の条件における伝達特性データを用いることとしてもよい。 The transfer characteristic data is, for example, the gate-emitter voltage value when a voltage V2 is applied between the collector and emitter of an IGBT, which is a semiconductor device, and a current I2 flows between the gate and emitter of the IGBT at a temperature K2. Transfer characteristic data under multiple conditions in which the voltage V2, temperature K2, and current I2 are changed may also be used.
リーク特性データは、たとえば、半導体装置であるIGBTのゲート-エミッタ間にしきい値電圧よりも低い電圧を印加した状態で、IGBTのコレクタ-エミッタ間に温度K3で時間T3だけ電圧を印加した際に流れるコレクタ-エミッタ電流、および、半導体装置であるIGBTのゲート-エミッタ間に電圧を印加しても出力電流が極僅かしか流れないような電圧をコレクタ-エミッタ間に印加した状態でゲート-エミッタ間に温度K4で時間T4だけ電圧を印加した際に流れるゲート-エミッタ電流である。温度K3、時間T3、温度K4および時間T4を変化させた複数の条件におけるリーク特性データを用いることとしてもよい。 The leakage characteristic data is, for example, the collector-emitter current that flows when a voltage lower than the threshold voltage is applied between the gate-emitter of an IGBT, which is a semiconductor device, and a voltage is applied between the collector-emitter of the IGBT at temperature K3 for time T3, and the gate-emitter current that flows when a voltage is applied between the collector-emitter of the IGBT, which is a semiconductor device, at temperature K4 for time T4 in a state where a voltage that causes only a very small output current to flow even when applied between the gate-emitter of the IGBT, which is a semiconductor device, is applied between the collector-emitter. It is also possible to use leakage characteristic data under multiple conditions in which the temperature K3, time T3, temperature K4, and time T4 are changed.
演算データは、複数の半導体装置の各々の特性データの算術演算によって得られる複数の特性データの平均値または標準偏差である。あるいは、演算データは、各々の特性データの比較演算によって得られる複数の特性データの最大値または最小値としてもよい。 The calculated data is the average value or standard deviation of the multiple characteristic data obtained by arithmetic operations on the characteristic data of each of the multiple semiconductor devices. Alternatively, the calculated data may be the maximum value or minimum value of the multiple characteristic data obtained by comparative operations on the respective characteristic data.
図4(a)は、特性データの例を表わす図である。図4(b)は、演算データの例を表わす図である。図4(c)は、故障についてのデータの例を表わす図である。 Figure 4(a) is a diagram showing an example of characteristic data. Figure 4(b) is a diagram showing an example of calculation data. Figure 4(c) is a diagram showing an example of data regarding a failure.
たとえば、半導体装置Aの出力特性データがDoa1, Doa2, Doa3であり、伝達特性データがDta1, Dta2, Dta3であり、半導体装置Aのリーク特性データがDla1, Dla2, Dla3, Dla4であり、半導体装置Aの製造情報がDma1, Dma2とする。半導体装置Bの出力特性データがDob1, Dob2, Dob3であり、伝達特性データがDtb1, Dtb2, Dtb3であり、半導体装置Aのリーク特性データがDlb1, Dlb2, Dlb3, Dlb4であり、半導体装置Aの製造情報がDmb1, Dmb2とする。半導体装置Cの出力特性データがDoc1, Doc2, Doc3であり、伝達特性データがDtc1, Dtc2, Dtc3であり、半導体装置Cのリーク特性データがDlc1, Dlc2, Dlc3, Dlc4であり、半導体装置Cの製造情報がDmc1, Dmc2とする。 For example, the output characteristic data of semiconductor device A is Doa1, Doa2, Doa3, the transfer characteristic data is Dta1, Dta2, Dta3, the leakage characteristic data of semiconductor device A is Dla1, Dla2, Dla3, Dla4, and the manufacturing information of semiconductor device A is Dma1, Dma2. The output characteristic data of semiconductor device B is Dob1, Dob2, Dob3, the transfer characteristic data is Dtb1, Dtb2, Dtb3, the leakage characteristic data of semiconductor device A is Dlb1, Dlb2, Dlb3, Dlb4, and the manufacturing information of semiconductor device A is Dmb1, Dmb2. The output characteristic data of semiconductor device C is Doc1, Doc2, Doc3, the transfer characteristic data is Dtc1, Dtc2, Dtc3, the leakage characteristic data of semiconductor device C is Dlc1, Dlc2, Dlc3, Dlc4, and the manufacturing information of semiconductor device C is Dmc1, Dmc2.
半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、半導体装置A、B、Cの出力特性データの演算データを含む。すなわち、半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、Doa1, Dob1, Doc1の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Doa2, Dob2, Doc2の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Doa3, Dob3, Doc3の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)を含む。 The calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of the output characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C. That is, the calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of Doa1, Dob1, and Doc1 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), the calculation data of Doa2, Dob2, and Doc2 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), and the calculation data of Doa3, Dob3, and Doc3 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value).
半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、半導体装置A、B、Cの伝達特性データの演算データを含む。すなわち、半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、Dta1, Dtb1, Dtc1の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dta2, Dtb2, Dtc2の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dta3, Dtb3, Dtc3の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)を含む。 The calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of the transfer characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C. That is, the calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of Dta1, Dtb1, and Dtc1 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), the calculation data of Dta2, Dtb2, and Dtc2 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), and the calculation data of Dta3, Dtb3, and Dtc3 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value).
半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、半導体装置A、B、Cのリーク特性データの演算データを含む。すなわち、半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、Dla1, Dlb1, Dlc1の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dla2, Dlb2, Dlc2の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dla3, Dlb3, Dlc3の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dla4, Dlb4, Dlc4の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)を含む。 The calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of the leakage characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C. That is, the calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of Dla1, Dlb1, and Dlc1 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), the calculation data of Dla2, Dlb2, and Dlc2 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), the calculation data of Dla3, Dlb3, and Dlc3 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value), and the calculation data of Dla4, Dlb4, and Dlc4 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value).
半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、半導体装置A、B、Cの製造情報の演算データを含む。すなわち、半導体装置A、B、Cの特性データの演算データは、Dma1, Dmb1, Dmc1の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)、Dma2, Dmb2, Dmc2の演算データ(平均、標準偏差、最大値、および最小値のうちの少なくとも1つ)を含む。 The calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of the manufacturing information of the semiconductor devices A, B, and C. That is, the calculation data of the characteristic data of the semiconductor devices A, B, and C includes the calculation data of Dma1, Dmb1, and Dmc1 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value) and the calculation data of Dma2, Dmb2, and Dmc2 (at least one of the average, standard deviation, maximum value, and minimum value).
図5は、電力用半導体モジュールの故障率を表わす図である。電力用半導体モジュールの故障率は一般的にバスタブカーブと呼ばれる曲線で表される。 Figure 5 shows the failure rate of power semiconductor modules. The failure rate of power semiconductor modules is generally represented by a curve called a bathtub curve.
初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータは、初期故障期および偶発故障期における故障の有無を表わすデータである。あるいは、初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータは、初期故障期および偶発故障期における故障率を表わすデータとしてもよい。 The data regarding failures during the early failure period and the random failure period is data indicating the presence or absence of failures during the early failure period and the random failure period. Alternatively, the data regarding failures during the early failure period and the random failure period may be data indicating the failure rate during the early failure period and the random failure period.
データ取得部5は、入力データと、教師データとを同時に取得するものとしたが、これに限定されるものではない。入力データと教師データとを関連づけて入力できればよい。
The
データ取得部5は、出力特性データ、伝達特性データ、リーク特性データ、製造情報、演算データ、および故障についてのデータをそれぞれ別のタイミングで取得してもよい。
The
モデル生成部6は、学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成する。
The
モデル生成部6が用いる学習アルゴリズムは、教師あり学習の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。
The learning algorithm used by the
モデル生成部6は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、学習済モデルを生成する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)のデータの組を学習装置に与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
The
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層(隠れ層)、及び複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、1層、又は2層以上でもよい。 A neural network is composed of an input layer consisting of multiple neurons, an intermediate layer (hidden layer) consisting of multiple neurons, and an output layer consisting of multiple neurons. The intermediate layer may be one layer, or two or more layers.
図6は、ニューラルネットワークの構成例を表わす図である。
例えば、図6に示すような3層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層(X1-X3)に入力されると、その値に重みW1(w11-w16)を掛けて中間層(Y1-Y2)に入力され、その結果にさらに重みW2(w21-w26)を掛けて出力層(Z1-Z3)から出力される。この出力結果は、重みW1とW2の値によって変わる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a neural network.
For example, in a three-layered neural network as shown in Figure 6, when multiple inputs are input to the input layer (X1-X3), the values are multiplied by a weight W1 (w11-w16) and input to the intermediate layer (Y1-Y2), and the result is further multiplied by a weight W2 (w21-w26) and output from the output layer (Z1-Z3). This output result changes depending on the values of the weights W1 and W2.
本実施の形態において、ニューラルネットワークは、データ取得部12によって取得される複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを用いる。
In this embodiment, the neural network uses learning data consisting of input data including characteristic data of each of the multiple semiconductor devices acquired by the
すなわち、ニューラルネットワークは、入力データを入力して、出力層から出力された出力データが、教師データに近づくように重みW1と重みW2とを調整することで学習する。 In other words, the neural network learns by inputting input data and adjusting weights W1 and W2 so that the output data output from the output layer approaches the training data.
モデル生成部6は、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部7へ出力する。
The
モデル生成部6に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習(Deep Learning)を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
The learning algorithm used in the
モデル生成部6は、同一の製品に組み込まれている複数の電力用半導体モジュールについての学習用データを取得してもよいし、異なる製品に組み込まれて独立して動作する複数の電力用半導体モジュールについての学習用データを収集してもよい。また、学習用データを収集する電力用半導体モジュールを途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。
The
学習済モデル記憶部7は、モデル生成部6から出力された学習済モデルを記憶する。
図7は、実施の形態1の推論装置14の構成を表わす図である。
The trained
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the
推論装置14は、データ取得部12と、推論部13とを備える。
データ取得部12は、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する。
The
The
推論部13は、学習済モデル記憶部7に記憶された学習済モデルを用いて、データ取得部12から入力された入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。
The
推論装置14は、推論装置14が含まれる電力用半導体モジュールの製造装置2内のモデル生成部6で生成した学習済モデルを用いたが、これに限定されるものではない。推論装置14は、他の電力用半導体モジュールの製造装置内のモデル生成部で生成された学習済モデルを用いるものとしてもよい。
The
図8は、実施の形態1の搭載装置51の構成を表わす図である。
搭載装置51は、半導体装置選定部18と、搭載部19と、変換情報記憶部27とを備える。変換情報記憶部27は、搭載装置51と別個の装置であってよい。変換情報記憶部27は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a mounting
The mounting
変換情報記憶部27は、複数の半導体装置の個体識別情報と対応して、複数の半導体装置の特性データおよび複数の半導体装置の特性データの演算によって得られる演算データを記憶する。
The conversion
半導体装置選定部18は、変換情報記憶部27から、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の個体識別情報に対応する、複数の半導体装置の特性データ、複数の半導体装置の特性データの演算によって得られる演算データを読み出して、推論装置14へ送る。半導体装置選定部18は、推論装置14から候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを取得する。
The semiconductor
半導体装置選定部18は、取得した故障についてのデータに基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する。たとえば、半導体装置選定部18は、取得した故障についてのデータが故障率を表わすデータの場合に、故障率が定められた基準値よりも小さいときに、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能と判定してもよい。
The semiconductor
搭載部19は、搭載可能と判定された候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載する。
The mounting
図9は、実施の形態1における複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 Figure 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a power semiconductor module in which multiple semiconductor devices are connected in parallel according to the first embodiment.
ステップS101において、学習装置8のデータ取得部5が、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得する。
In step S101, the
ステップS102において、学習装置8のモデル生成部6が、学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成する。モデル生成部6は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部7に記憶する。
In step S102, the
ステップS103において、推論装置14のデータ取得部12が、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する。
In step S103, the
ステップS104において、推論装置14の推論部13が、学習済モデル記憶部7に記憶されている学習済モデルを用いて、データ取得部12が取得した入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。
In step S104, the
ステップS105において、搭載装置51の半導体装置選定部18が、推論された故障についてのデータに基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する。搭載可能な場合には、搭載装置51の搭載部19が、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載する。
In step S105, the semiconductor
以上のように、本実施の形態によれば、教師あり学習の学習済モデルを用いて、複数の半導体装置の特性データ、および複数の半導体装置の特性データの演算データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。これによって、故障が生じにくい並列接続する複数の半導体装置の組み合わせを選択することができるので、故障が生じにくい電力用半導体モジュールを製造することができる。 As described above, according to this embodiment, a trained model of supervised learning is used to infer data on failures during the initial failure period and random failure period when multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated from the characteristic data of multiple semiconductor devices and the calculation data of the characteristic data of multiple semiconductor devices. This makes it possible to select a combination of multiple semiconductor devices connected in parallel that is less likely to cause failures, thereby making it possible to manufacture a power semiconductor module that is less likely to cause failures.
実施の形態2.
図10は、実施の形態2の学習装置8Aの構成を表わす図である。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a
実施の形態2の学習装置8Aが、実施の形態1の学習装置8と相違する点は、実施の形態2の学習装置8Aが、データ配置部32を備える点と、モデル生成部6に代えてモデル生成部6Aを備える点である。
The
データ配置部32は、データ取得部5が取得した学習用データに含まれる複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データと、教師データとを同一レコード上に配置する。同一レコードは、たとえば、表形式のデータフォーマットの同一行としてもよい。
The
図11は、学習装置8Aのデータ配置部32のデータの配置例を表わす図である。
図11に示すように、たとえば、半導体装置A,B,Cの組み合わせについて学習するときのデータは、半導体装置Aの特性データ、半導体装置Bの特性データ、半導体装置Cの特性データ、半導体装置A,B,Cの特性データの演算データ、および半導体装置A,B,Cを並列接続させて動作させたときの故障を表わすデータが同一レコード上に配置される。
FIG. 11 is a diagram showing an example of data arrangement in
As shown in FIG. 11 , for example, when learning about a combination of semiconductor devices A, B, and C, the data including characteristic data of semiconductor device A, characteristic data of semiconductor device B, characteristic data of semiconductor device C, calculation data of the characteristic data of semiconductor devices A, B, and C, and data representing faults when semiconductor devices A, B, and C are connected in parallel and operated are arranged on the same record.
このように配置することによって、例えば、伝達特性データ1と伝達特性データMは比例するといったような比例関係、出力特性データLが大きければ伝達特性データMは小さいといったようなトレードオフ関係などの電力用半導体モジュールの電流アンバランス性(故障)に寄与するドメイン知識を意図的に学習装置に与えることとなり、所定の予測精度を得るために必要なデータ数を少なくする、すなわち、同一データ量において電流アンバランス性(故障)の予測精度を向上させることができる。
By arranging in this manner, domain knowledge that contributes to the current imbalance (failure) of a power semiconductor module, such as a proportional relationship such as the transfer
また、これらのデータを同一レコード上に配置することによって、ライブラリを用いた機械学習モデルの実装が容易になるという利点もある。 Another advantage is that placing this data in the same record makes it easier to implement machine learning models using the library.
モデル生成部6Aは、同一レコード上に配置された学習用データを用いて、実施の形態1と同様にして、学習済モデルを生成する。
The
図12は、実施の形態2の推論装置14Aの構成を表わす図である。
実施の形態2の推論装置14Aが、実施の形態1の推論装置14と相違する点は、実施の形態2の推論装置14Aが、データ配置部33を備える点と、推論部13に代えて推論部13Aを備える点である。
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of an
The
データ配置部33は、データ取得部12が取得した入力データに含まれる電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを同一レコード上に配置する。
The
推論部13Aは、同一レコード上に配置された入力データを用いて、実施の形態1と同様にして、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。
The
図13は、推論装置14Aのデータ配置部33によるデータの配置例を表わす図である。
Figure 13 shows an example of data placement by the
図13に示すように、たとえば、半導体装置A,B,Cの組み合わせの適否を調べるときのデータは、半導体装置Aの特性データ、半導体装置Bの特性データ、半導体装置Cの特性データ、半導体装置A,B,Cの特性データの演算データが同一レコード上に配置される。 As shown in FIG. 13, for example, when checking the suitability of a combination of semiconductor devices A, B, and C, the characteristic data of semiconductor device A, the characteristic data of semiconductor device B, the characteristic data of semiconductor device C, and the calculation data of the characteristic data of semiconductor devices A, B, and C are arranged on the same record.
図14は、実施の形態2における複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 Figure 14 is a flowchart showing a method for manufacturing a power semiconductor module in which multiple semiconductor devices are connected in parallel in the second embodiment.
ステップS101において、学習装置8のデータ取得部5が、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得する。
In step S101, the
ステップS201において、データ配置部32は、データ取得部5が取得した学習用データに含まれる複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データと、教師データとを同一レコード上に配置する。
In step S201, the
ステップS202において、学習装置8のモデル生成部6が、同一レコード上に配置された学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成する。モデル生成部6は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部7に記憶する。
In step S202, the
ステップS103において、推論装置14のデータ取得部12が、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する。
In step S103, the
ステップS203において、データ配置部33は、データ取得部12が取得した入力データに含まれる電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを同一レコード上に配置する。
In step S203, the
ステップS204において、推論装置14の推論部13が、学習済モデル記憶部7に記憶されている学習済モデルを用いて、同一レコード上に配置された入力データから、候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。
In step S204, the
ステップS105において、搭載装置51の半導体装置選定部18が、推論された故障についてのデータに基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する。搭載可能な場合には、搭載装置51の搭載部19が、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載する。
In step S105, the semiconductor
実施の形態3.
実施の形態3では、学習アルゴリズムとして教師なし学習のアルゴリズムを用いる。
Embodiment 3.
In the third embodiment, an unsupervised learning algorithm is used as the learning algorithm.
図15は、実施の形態3の学習装置8Bの構成を表わす図である。
実施の形態3の学習装置8Bが、実施の形態1の学習装置8と相違する点は、実施の形態3の学習装置8Bが、データ取得部5およびモデル生成部6に代えて、データ取得部5Bおよびモデル生成部6Bを備える点である。
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a
The
データ取得部5Bは、初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データからなる学習用データを取得する。
The
モデル生成部6Bは、データ取得部5Bが取得した学習用データを用いて、教師なし学習によって、初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを複数のクラスタのうちのいずれかに分類するための学習済モデルを生成する。
The
複数の半導体装置を並列接続して構成される電力用半導体モジュールにおいては、構成される半導体装置のうち特定の半導体装置の出力特性が他の半導体装置と比較して低い場合、伝達特性が低い場合、リーク特性が高い場合、または、出力特性と伝達特性の相関関係が他の半導体装置と比較して異常に異なる場合には、当該電力用半導体モジュールの電流アンバランス性が異常となる。その結果、その電力用半導体モジュールが、初期故障期および偶発故障期において故障することが知られている。 In a power semiconductor module consisting of multiple semiconductor devices connected in parallel, if a particular one of the semiconductor devices has low output characteristics, low transfer characteristics, high leakage characteristics, or an abnormally different correlation between output characteristics and transfer characteristics compared to the other semiconductor devices, the current imbalance of the power semiconductor module becomes abnormal. As a result, it is known that the power semiconductor module fails during the initial failure period and the random failure period.
従って、教師なし学習によって、初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを複数のクラスタのうちのいずれかに分類するための学習済モデルを生成することができる。 Therefore, by unsupervised learning, a trained model can be generated for classifying input data, which includes characteristic data of each of a plurality of semiconductor devices constituting a normal power semiconductor module that did not fail during the initial failure period and the random failure period, and calculation data obtained by calculating each of the characteristic data, into one of a plurality of clusters.
モデル生成部6Bが用いる学習アルゴリズムが教師なし学習である場合の一例として、K平均法(クラスタリング)を適用した場合について説明する。教師なし学習とは、結果(ラベル)を含まない学習用データを学習装置に与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習する手法をいう。なお、教師なし学習アルゴリズムは本実施の形態に限らず、OneClassSVMやLOF(LocalOutlierFactor)などのクラスタリング可能な他の公知の機械学習アルゴリズムに従ってモデルを生成してもよい。
As an example of a case where the learning algorithm used by the
モデル生成部6Bは、例えば、K平均法によるグループ分け手法に従って、いわゆる教師なし学習を実行する。K平均法とは、非階層型クラスタリングのアルゴリズムであり、クラスタの平均を用い、与えられたクラスタ数をk個に分類する手法である。
The
具体的に、K平均法は以下のような流れで処理される。まず、各データxiに対してランダムにクラスタを割り振る。次いで、割り振ったデータをもとに各クラスタの中心Vjを計算する。次いで、各xiと各Vjとの距離を求め、xiを最も近い中心のクラスタに割り当て直す。そして、上記の処理で全てのxiのクラスタの割り当てが変化しなかった場合、あるいは変化量が事前に設定した一定の閾値を下回った場合に、収束したと判断して処理を終了する。このようにしてクラスタCj(j=1~k)が生成される。 Specifically, the K-means algorithm is processed as follows. First, a cluster is randomly assigned to each data x i . Next, the center V j of each cluster is calculated based on the assigned data. Next, the distance between each x i and each V j is found, and x i is reassigned to the closest central cluster. Then, if the cluster assignment for all x i has not changed in the above process, or if the amount of change falls below a certain threshold value set in advance, it is determined that convergence has occurred and the process ends. In this way, clusters C j (j = 1 to k) are generated.
モデル生成部6Bは、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、学習済モデル記憶部7に出力する。
The
図16は、実施の形態3の推論装置14Bの構成を表わす図である。
実施の形態3の推論装置14Bが、実施の形態1の推論装置14と相違する点は、実施の形態3の推論装置14Bが、推論部13に代えて、推論部13Bを備える点である。
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of an
The
推論部13Bは、学習済モデル記憶部7に記憶されている学習済モデルを用いて、データ取得部12が取得した入力データを教師なし学習によって生成された複数のクラスタのうちのいずれか、または複数のクラスタ以外に分類する。たとえば、クラスタCjには、クラスタCjの中心から最も遠いデータまでの距離diが設定されているものとする。データ取得部12が取得した入力データに最も近いクラスタをクラスタCsとする。推論部13Bは、入力データとクラスタCsの中心との距離がds以下のときには、入力データがクラスタCsに属すると判定するものとしてもよい。推論部13Bは、入力データとクラスタCsの中心との距離がdsを超えるときには、入力データがクラスタC1~Ckのいずれにも属ないと判定するものとしてもよい。
The
図17は、実施の形態3の搭載装置51Bの構成を表わす図である。
実施の形態3の搭載装置51Bが、実施の形態1の搭載装置51と相違する点は、実施の形態3の搭載装置51Bは、半導体装置選定部18に代えて、半導体装置選定部18Bを備える。
FIG. 17 is a diagram showing the configuration of a mounting
The mounting
半導体装置選定部18Bは、変換情報記憶部27から、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の個体識別情報に対応する、複数の半導体装置の特性データ、および複数の半導体装置の特性データの演算によって得られる演算データからなる入力データを読み出して、推論装置14Bへ送る。半導体装置選定部18Bは、推論装置14Bから入力データの、教師なし学習によって生成された複数のクラスタのいずれか、または複数のクラスタ以外への分類結果を取得する。
The semiconductor
半導体装置選定部18Bは、分類の結果に基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する。
The semiconductor
たとえば、半導体装置選定部18Bは、入力データが教師なし学習によって生成された複数のクラスタのいずれかに属する場合には、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能と判断する。候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させた場合に初期故障期および偶発故障期に電力用半導体モジュールに故障が生じないと予測できるからである。
For example, if the input data belongs to any of multiple clusters generated by unsupervised learning, the semiconductor
半導体装置選定部18Bは、入力データが教師なし学習によって生成された複数のクラスタのいずれにも属さない場合には、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載不可能と判断する。候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させた場合に初期故障期および偶発故障期に電力用半導体モジュールに故障が生じると予測できるからである。
When the input data does not belong to any of the multiple clusters generated by unsupervised learning, the semiconductor
図18は、実施の形態3における複数の半導体装置が並列接続されて構成される電力用半導体モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 Figure 18 is a flowchart showing a method for manufacturing a power semiconductor module in which multiple semiconductor devices are connected in parallel in the third embodiment.
ステップS301において、学習装置8Bのデータ取得部5Bが、複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データからなる学習用データを取得する。
In step S301, the
ステップS302において、学習装置8Bのモデル生成部6Bが、データ取得部5Bが取得した学習用データを用いて、教師なし学習によって、初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを複数のクラスタのうちのいずれかに分類するための学習済モデルを生成する。モデル生成部6Bは、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶部7に記憶する。
In step S302, the
ステップS303において、推論装置14Bのデータ取得部12が、電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する。
In step S303, the
ステップS304において、推論装置14Bの推論部13Bが、学習済モデル記憶部7に記憶されている学習済モデルを用いて、データ取得部12が取得した入力データを教師なし学習によって生成された複数のクラスタのうちのいずれか、または複数のクラスタ以外に分類する。
In step S304, the
ステップS305において、搭載装置51Bの半導体装置選定部18Bが、分類の結果に基づいて、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する。搭載可能な場合には、搭載装置51Bの搭載部19が、候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載する。
In step S305, the semiconductor
以上のように、本実施の形態によれば、教師なし学習の学習済モデルを用いて、複数の半導体装置の特性データ、および複数の半導体装置の特性データの演算データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する。これによって、故障が生じにくい並列接続する複数の半導体装置の組み合わせを選択することができるので、故障が生じにくい電力用半導体モジュールを製造することができる。 As described above, according to this embodiment, a trained model of unsupervised learning is used to infer data on failures during the initial failure period and random failure period when multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated from the characteristic data of multiple semiconductor devices and the calculation data of the characteristic data of multiple semiconductor devices. This makes it possible to select a combination of multiple semiconductor devices connected in parallel that is less likely to cause failures, thereby making it possible to manufacture a power semiconductor module that is less likely to cause failures.
実施の形態1~3において説明した学習装置、推論装置、および搭載装置は、相当する動作をデジタル回路のハードウェアまたはソフトウェアで構成してもよい。 The learning device, inference device, and on-board device described in the first to third embodiments may have their corresponding operations configured using digital circuit hardware or software.
図19は、学習装置、制御装置、および搭載装置の機能をソフトウェアを用いて実現する場合の構成を示す図である。 Figure 19 shows a configuration in which the functions of the learning device, control device, and on-board device are realized using software.
バス5003に接続されたプロセッサ5002およびメモリ5001を備える。メモリ5001に記憶されたプログラムをプロセッサ5002が実行する。
The system includes a
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 駆動装置、2 電力用半導体モジュールの製造装置、5,5B,12 データ取得部、6,6A,6B モデル生成部、7 学習済モデル記憶部、8,8A,8B 学習装置、10 バッテリ、13,13A,13B 推論部、14,14A,14B 推論装置、18,18B 半導体装置選定部、19 搭載部、20 コンバータ、27 変換情報記憶部、30 インバータ、32,33 データ配置部、40 モータ、51,51B 搭載装置、5001 メモリ、5002 プロセッサ、5003 バス、D1A,D1B,D1,D2A,D2B,D2 ダイオード、L1 リアクトル、Q1A,Q1,Q1B,Q2,Q2A,Q2B スイッチング素子。 1 Drive device, 2 Power semiconductor module manufacturing device, 5, 5B, 12 Data acquisition unit, 6, 6A, 6B Model generation unit, 7 Learned model storage unit, 8, 8A, 8B Learning device, 10 Battery, 13, 13A, 13B Inference unit, 14, 14A, 14B Inference device, 18, 18B Semiconductor device selection unit, 19 Mounting unit, 20 Converter, 27 Conversion information storage unit, 30 Inverter, 32, 33 Data placement unit, 40 Motor, 51, 51B Mounting device, 5001 Memory, 5002 Processor, 5003 Bus, D1A, D1B, D1, D2A, D2B, D2 Diode, L1 Reactor, Q1A, Q1, Q1B, Q2, Q2A, Q2B Switching element.
Claims (14)
複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得する学習用データ取得ステップと、
前記学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するステップと、
前記電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する入力データ取得ステップと、
前記学習済モデルを用いて、前記入力データ取得ステップにおいて前記取得した入力データから、前記候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するステップと、
前記推論された故障についてのデータに基づいて、前記候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定するステップと、
を備えた電力用半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a power semiconductor module configured by connecting a plurality of semiconductor devices in parallel, comprising the steps of:
a learning data acquiring step of acquiring learning data including input data including characteristic data of each of a plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the semiconductor devices, and teacher data including data on failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated;
generating a trained model for inferring data on failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, from input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and operation data obtained by operating the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices, using the training data;
an input data acquisition step of acquiring input data including characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the candidate semiconductor devices;
a step of inferring data on failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of candidate semiconductor devices are connected in parallel and operated from the input data acquired in the input data acquisition step, using the trained model;
determining whether the plurality of candidate semiconductor devices can be mounted on a power semiconductor module based on data on the inferred failure;
A method for manufacturing a power semiconductor module comprising the steps of:
前記学習済モデルを生成するステップでは、前記配置された学習用データを用い、
前記入力データを取得するステップにおいて取得された入力データに含まれる前記電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを同一レコード上に配置するステップを備え、
前記推論するステップでは、前記配置された入力データを用いる、請求項1~9のいずれか1項に記載の電力用半導体モジュールの製造方法。 a step of arranging, on the same record, characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices included in the learning data acquired in the step of acquiring the learning data, calculation data obtained by calculating each of the characteristic data, and the teacher data;
In the step of generating the trained model, the arranged training data is used,
a step of arranging, on the same record, characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module, the characteristic data being included in the input data acquired in the step of acquiring the input data, and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the candidate semiconductor devices;
10. The method for manufacturing a power semiconductor module according to claim 1, wherein the inferring step uses the arranged input data.
初期故障期および偶発故障期において故障しなかった正常な電力用半導体モジュールを構成する正常な複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データからなる学習用データを取得する学習用データ取得ステップと、
前記学習用データを用いて、正常な複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを複数のクラスタのうちのいずれかに分類するための学習済モデルを生成するステップと、
前記電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得する入力データ取得ステップと、
前記学習済モデルを用いて、前記入力データ取得ステップにおいて前記取得した入力データを複数のクラスタのうちのいずれか、または前記複数のクラスタ以外に分類するステップと、
前記分類の結果に基づいて、前記候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定するステップと、
を備えた電力用半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a power semiconductor module configured by connecting a plurality of semiconductor devices in parallel, comprising the steps of:
a learning data acquisition step of acquiring learning data consisting of input data including characteristic data of each of a plurality of normal semiconductor devices constituting a normal power semiconductor module that did not fail during the initial failure period and the random failure period, and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the normal semiconductor devices;
generating a trained model for classifying input data, including characteristic data of each of a plurality of normal semiconductor devices and operation data obtained by operation of each of the characteristic data, into one of a plurality of clusters, using the training data;
an input data acquisition step of acquiring input data including characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and calculation data obtained by calculating each of the characteristic data;
A step of classifying the input data acquired in the input data acquisition step into any one of a plurality of clusters or into other than the plurality of clusters by using the trained model;
determining whether or not the plurality of candidate semiconductor devices can be mounted on a power semiconductor module based on a result of the classification;
A method for manufacturing a power semiconductor module comprising the steps of:
学習装置と、
推論装置とを備え、
前記学習装置は、
複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データと、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを含む教師データとからなる学習用データを取得するデータ取得部と、
前記学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部とを含み、
前記推論装置は、
前記電力用半導体モジュールに搭載する候補の複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データを取得するデータ取得部と、
前記学習済モデルを用いて、前記推論装置の前記データ取得部が取得した入力データから、前記候補の複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する推論部とを含み、
前記電力用半導体モジュールの製造装置は、さらに、
前記推論装置によって推論された故障についてのデータに基づいて、前記候補の複数の半導体装置を電力用半導体モジュールに搭載可能か否かを判定する搭載装置と、
を備える電力用半導体モジュールの製造装置。 A manufacturing apparatus for a power semiconductor module configured by connecting a plurality of semiconductor devices in parallel,
A learning device;
an inference device;
The learning device includes:
a data acquisition unit that acquires learning data including input data including characteristic data of each of a plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices, and teacher data including data on failures in an early failure period and an accidental failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated;
a model generation unit that uses the learning data to generate a trained model for inferring data on failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, from input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices;
The inference device comprises:
a data acquisition unit that acquires input data including characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and calculation data obtained by calculating each of the characteristic data;
an inference unit that uses the learned model to infer data about failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of candidate semiconductor devices are connected in parallel and operated from input data acquired by the data acquisition unit of the inference device ,
The power semiconductor module manufacturing apparatus further comprises:
a mounting device that determines whether or not the plurality of candidate semiconductor devices can be mounted on a power semiconductor module based on data on the failure inferred by the inference device;
A power semiconductor module manufacturing apparatus comprising:
前記学習用データを用いて、複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
を備える学習装置。 a data acquisition unit that acquires learning data including input data including characteristic data of each of a plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices, and teacher data including data on failures in an early failure period and an accidental failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated;
a model generation unit that uses the learning data to generate a trained model for inferring data on failures in an early failure period and a random failure period when the plurality of semiconductor devices are connected in parallel and operated, from input data including characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices and calculation data obtained by calculating the characteristic data of each of the plurality of semiconductor devices;
A learning device comprising:
複数の半導体装置の各々の特性データと、前記各々の特性データの演算によって得られる演算データとを含む入力データから、前記複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論するための学習済モデルを用いて、前記データ取得部から入力された入力データから、複数の半導体装置を並列接続させて動作させたときの初期故障期および偶発故障期における故障についてのデータを推論する推論部と、
を備える推論装置。 a data acquisition unit that acquires input data including characteristic data of each of a plurality of candidate semiconductor devices to be mounted on the power semiconductor module and calculation data obtained by calculating the characteristic data;
an inference unit that infers, from the input data input from the data acquisition unit, data on failures in the early failure period and the random failure period when the multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated, using a trained model for inferring data on failures in the early failure period and the random failure period when the multiple semiconductor devices are connected in parallel and operated, from input data including characteristic data of each of the multiple semiconductor devices and operation data obtained by operating the characteristic data of each of the multiple semiconductor devices;
An inference device comprising:
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