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半導体ウィスカ評価試験 / 2022年06月30日 / 電子・半導体試験・分析・測定

半導体ウィスカ評価試験

　半導体デバイス及び電子デバイスの端子金属表面(メッキ層)に発生するひげ状の結晶が成長して短絡に至る故障モードに対する信頼性を評価します。

ウィスカとは

　金属表面(メッキ層)に発生するひげ状の結晶が成長する現象で、ZnメッキやSnメッキで発生する事例がよく知られており、大きく成長すると端子間等を短絡させてデバイスや機器類を故障に至らせます。そのため、SnへのPb添加やメッキ液や材料等の工夫によりウィスカを抑制してきた過去がありますが、近年のPbフリー化実装に伴う純Sn外装メッキ品の増加や、更なる軽薄短小に伴う電子部品の端子の狭ピッチ化により、ウィスカに対する信頼性評価は、再び注目される故障モードになっております。

ウィスカ発生メカニズム/モード

信頼性評価でウィスカが発生する原因は、材料に発生する応力が関係しており、

現時点では応力発生モデルとして下記5つのモードが判明しております。

応力発生モデル

内部応力型

目的	母材の拡散による合金層形成や再結晶化等の応力発生に伴うウィスカ発生を評価します。
試験条件例	30℃／60%、4000h
参考規格例	JEITA、JEDEC
対応範囲	30℃／60%耐湿槽、光学顕微鏡観察、SEM観察

温度サイクル型

目的	母材とメッキ材との線膨張係数の違いによる応力発生に伴うウィスカ発生を評価します。
試験条件例	-40℃／85℃、1000サイクル
参考規格例	JEITA、JEDEC
対応範囲	-40℃／85℃温度サイクル槽、光学顕微鏡観察、SEM観察

腐食型

目的	酸化による応力発生に伴うウィスカ発生を評価します。
試験条件例	55℃／85%、2000h
参考規格例	JEITA、JEDEC
対応範囲	55℃／85%耐湿槽、光学顕微鏡観察、SEM観察

外部応力型

目的	コネクタ勘合などの外圧による応力発生に伴うウィスカ発生を評価します。
試験条件例	コネクタ評価
参考規格例	なし
対応範囲	耐湿槽、温度サイクル槽、光学顕微鏡観察、SEM観察

エレクトロマイグレーション型

目的	エレクトロマイグレーションによる応力発生に伴うウィスカ発生を評価します。
試験条件例	規定環境下にて通電評価
参考規格例	なし
対応範囲	通電装置、光学顕微鏡観察、SEM観察

ウィスカ事例

温度サイクル試験　1500cyc

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ウィスカ評価試験

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半導体パワーサイクル試験

半導体パワーサイクル試験 / 2022年06月23日 / 電子・半導体試験・分析・測定

半導体パワーサイクル試験

　主にパワーデバイスにおいて、ON/OFFを繰返すことによる電気的及び熱的ストレスの変化に対する耐性を評価します。

　メリット

国内最大規模の試験キャパを保有しており、一度に大量の試験が実現可能となります。

試験の種類/動作原理

　試験の種類

代表的試験2種類をご紹介致します。

ロングパワーサイクル試験(断続通電試験)

目的	長時間、電気的な、ON/OFFを繰返すことによる電気的及び熱的ストレス変化に対する耐性を評価します。
試験条件例	電圧/電流：規定の動作条件、⊿Tc:75℃(30～105℃)
参考規格例	JEITA-ED-470/603 AEC-Q101
対応範囲	MOS-FET、IGBT、IPM、SIC等のモジュール製品及び、ディスクリート製

＊試験サンプルの大きさ、形状によっては制限を受けます。

ショートパワーサイクル試験

目的	長時間、安定したケース温度下でSW動作を繰返すことによる電気的及び熱的ストレスの変化に対する耐性を評価します。
試験条件例	電圧/電流：規定の動作条件、Tc:50℃、⊿Tj：100℃(50～150℃)
参考規格例	JEITA-ED-470/603 AEC-Q101
対応範囲	MOS-FET、IGBT、IPM、SIC、GaN等のディスクリート製品及びモジュール製品

＊試験サンプルの大きさ、形状によっては制限を受けます。

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、IDが流れるとパワ－チップの　温度が急上昇（Tj）します。また、同時にパッケージ方向に放熱（Tc）されたことになります。この原理を利用して、パワーサイクル試験を実施します。

ロングパワーサイクル試験(断続通電試験)

・主にパワーデバイスのON/OFF動作を繰返し、パッケージ温度を上げ下げします

・チップ下のはんだ接合部等における、材料間で線膨張係数の違いによる劣化を

　確認する評価です。

・最大600Aまで対応可能(水冷制御)

ショートパワーサイクル試験

・主にスイッチングデバイスにおいて、msecオーダーの早いON/OFF動作を繰返し、　

　パッケージ温度(Tc)をほぼ安定させて、チップ温度を上げ下げします。

・チップ上のワイボンド接合における、材料間の線膨張係数の差による劣化を確認する

　評価です。

・最大400Aまで対応可能。

国内最大規模の試験キャパを保有

ディスクリート・パワーデバイスについて

■特長

　サンプル基板にディスクリート品を表面実装して、その基板を通電用基板の

　ソケットに差し、断続通電を行います。

■事例

Id:５A以内/個、ON時間2分/OFF時間2分、⊿Tj100℃、時間：15000cyc、

数量:77個×3ロット～5ロット(500～600個まで対応可能)

パワーモジュールについて

■特長

モジュール製品は特殊パッケージサイズ/端子形状であるが、設置治具、

配線類は内製化しAEC-Q0101対応の実績あり。。

■事例

Id：～400A/個、ON時間2分/OFF時間2分、⊿Tj100～125℃、

時間:15000cyc、数量:77個対応、全サンプルのVDS/VGS/TC常時モニター可能。

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半導体高精細TDR解析

半導体高精細TDR解析 Time Domain Reflectometry：時間領域反射 / 2022年06月20日 / 電子・半導体試験・分析・測定

半導体高精細TDR解析

伝送路における特性インピーダンス変化を計測することで、
経路上での特にオープン不良の位置を特定します。

【メリット】
本解析では、従来型では取れなかった基板内の各層の波形が計測でき、
基板内での異常の検知が可能になります。

解析方法・解析結果

解析方法

伝送路に高速なパルスやステップ信号を印加し反射波形を計測することで、伝送路における特性インピーダンス変化を計測し、良品等との比較を行うことで、異常個所の特定を行います。
また、弊社TDRではテラヘルツ波計測応用光サンプリング技術を用いることで、従来型に比べて高分解能での計測が可能となり、PCB基板での各層の確認が可能となっております。

解析原理

装置外観

解析結果

高精細TDRでは従来型では取れなかった基板内の各層の波形が計測でき、
基板内での異常の検知が可能です。

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