8/26 積層セラミックコンデンサ (MLCC) の故障解析・絶縁劣化評価と信頼性確保

積層セラミックコンデンサ (MLCC) の故障解析・絶縁劣化評価と信頼性確保

～高信頼性化への基礎＆実践的な知識、故障解析、品質向上への取り組み～

講師

テック・サイトウ　代表　齋藤 彰　氏
元京セラ（株）、元（株）村田製作所

■略歴
京セラ株式会社にて、構造用非酸化物材料開発に従事
株式会社村田製作所にて、磁性材料開発、誘電体材料開発に従事
特に電子部品・機器の故障解析技術開発に従事し、23年間、故障解析の社内No.１として、技術開発や教育に従事。
特に積層セラミックコンデンサの劣化メカニズムに詳しい
現在、故障解析コンサルティング、「テック・サイトウ」の代表
日本信頼性学会　正会員、　故障物性研究会実行委員、関西支部顧問

■専門
電子部品・機器の故障解析、および開発や生産へのフィードバック

セミナー趣旨

電子機器のシステムが巨大化し、故障による社会への影響が懸念される現代において、電子部品、とりわけ半導体、積層セラミックコンデンサ（MLCC）、Liイオンバッテリー（LIB）への高信頼性が重要と思われる。
　このセミナーでは、近年小型化が進行中のMLCCに着目し、信頼性の観点から講演する。主にMLCCのユーザー向けに、MLCCを絶縁劣化させるクラックの発生原因、解析方法およびMLCCメーカーと対峙する場合の基礎知識を提供する。特に基板たわみによるクラック（たわみクラック）は、ユーザーが対応すべき課題であり、応力シミュレーション結果も交え詳細に解説する。加えて、MLCCの小型化への対応方法やMLCCの供給不足による代替品への切り替えにおけるチェック項目についても提供し、高信頼性化への助力としたい。MLCCメーカー向けには、各種クラックと製造工程との関係や誘電体自体の絶縁劣化のメカニズムを解説する。特に絶縁劣化に関しては酸素空孔に着目した設計指針や酸素空孔の移動による絶縁劣化の挙動を解説する。最先端ではないが、使われ方も含め高信頼性化への基礎知識をしっかり身に着けて頂く講演である。

セミナー講演内容

1．はじめに（品質の重要性）
　1.1 品質事故事例と機会損失
1.2 品質が選別ポイントの時代へ
　1.3 故障解析を物理化学の世界に落とし込む

2．積層セラミックコンデンサ（MLCC）の特徴
2.1 BaTiO3の薄層化の流れと粒径の変化
2.2 BaTiO3の誘電率発現のメカニズム
2.3 MLCCの誘電率の温度変化、電圧依存性と経時変化

3．MLCCを絶縁劣化させるクラックの検出・評価方法
　3.1 クラックとは何か？　その特徴と解析の基本
　3.2 クラックが発生するメカニズム（強度と応力）
　　3.2.1 割れるとはいかなる現象か
　　3.2.2 熱膨張係数の影響
　　3.2.3 ボイドやマイクロクラックの影響
　3.3 MLCCに発生する様々なクラック一覧
　3.4 たわみクラック
　　3.4.1 たわみクラックとは
　　3.4.2 基板のたわみ方で変わる応力集中箇所
　　3.4.3 基板のランド形状の影響
　　3.4.4 基板上の配置の影響
　　3.4.5 応力シミュレーションによる解析
　　3.4.6 たわみクラックの検出方法
　　3.4.7 裏面からのたわみクラックの検出と見方
　　3.4.8 たわみクラックの抑制方法
　3.5 水平クラック
　　3.5.1 水平クラックとは
　　3.5.2 超音波探傷（SAT）による水平クラックの検出
　　3.5.3 透過X線による水平クラックの検出
　　3.5.4 水平クラックの発生原因
　　3.5.5 応力集中による水平クラックの発生
　　3.5.6 水分浸入による応力腐食割れ
　　3.5.7 水分浸入するとなぜ割れやすくなるのか
　3.6 マウントクラック（実装時のクラック）
　　3.6.1 マウント時に発生するクラック形状
　　3.6.2 マウントクラックの応力シミュレーション解析
　　3.6.3 マウントクラックの抑制方法
　3.7 WEB上の情報を鵜呑みにしない
　3.8 クラックの検出方法

4．BaTiO3系MLCCの絶縁劣化による故障
　4.1 絶縁低下の主要因いろいろ
　4.2 酸素空孔による絶縁劣化のメカニズム
　　4.2.1 酸素空孔の発生原因
　　4.2.2 酸素空孔による伝導電子
　　4.2.3 添加物による伝導電子の抑制
　　4.2.4 高温高電界による酸素空孔の移動による劣化
　　4.2.5 粒界をすり抜けた酸素イオンによる劣化
　4.3 劣化速度の温度依存性＆電界強度依存性
　4.4 絶縁劣化個所の故障解析技術
　　4.4.1 発熱解析（主にLIT）による低抵抗個所の検出
　　4.4.2 IR-OBIRCHによる低抵抗個所の検出
　　4.4.3 層間抵抗測定による低抵抗層の検出
　　4.4.4 電位コントラスト法による低抵抗個所の検出
　4.5 電位コントラスト法
　　4.5.1 電位コントラスト法の原理
　　4.5.2 電圧印加による電位コントラスト像
　　4.5.3 FIBとSEMによる電位コントラスト像の相違点
　　4.5.4 1次ビームによる帯電を活用した電位コントラスト法
　　4.5.5 電位コントラスト法を活用したMLCCの絶縁劣化メカニズム解析

5．腐食による絶縁劣化故障
　5.1 めっき腐食
　5.2 はんだフラックス腐食
　5.3 水分浸入による電解腐食
　5.4 ECMとSnウィスカ

6．応力による絶縁劣化（Snウィスカの生成）
　6.1 Snウィスカによる絶縁劣化事例
　6.2 温度サイクルによるSnウィスカ
　6.3 酸化や腐食によるSnウィスカ
　6.4 金属間化合物生成によるSnウィスカ
　6.5 Snウィスカの評価方法

7．寿命予測
　7.1 ワイブルプロットによる高温高電界での寿命予測
　7.2 折れ曲がるワイブルプロットの解釈
　7.3 温度加速と電圧加速
　7.4 寿命から誘電体厚みを推測すると

8．MLCCの小型化に伴う注意点と対策案
　9.1 極小MLCCの実装の工夫
　9.2 MLCC代替品選定での注意点

質疑応答

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