筆者感覺最具有沖擊力的是瑞薩的演講。演講者是田中政樹（品質(zhì)保證統(tǒng)括部MCU品質(zhì)保證第一部高級專家）（圖1）。田中介紹了30～40年前在日立制作所發(fā)生的、與DRAM封裝的耐濕性相關(guān)聯(lián)的故障。該故障是首次在日立以外的公開場合提及…… 第41屆可靠性及可維護(hù)性學(xué)術(shù)研討會于7月14日和15日在東京舉行（由日本科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟主辦）。14日下午舉行了以半導(dǎo)體及電子部件的故障分析和可靠性為主題的會議（Session 1和Session 2）。兩會議合計有6項發(fā)表。演講者所屬單位分別為東芝、浜松光電、東京大學(xué)、瑞薩電子、索尼及京瓷。

圖1：田中政樹在演講中
攝影：Tech-On!。（點擊放大）
雖說是個人判斷，但筆者感覺最具有沖擊力的是瑞薩的演講。演講者是田中政樹（品質(zhì)保證統(tǒng)括部MCU品質(zhì)保證第一部高級專家）（圖1）。田中介紹了30～40年前在日立制作所發(fā)生的、與DRAM封裝的耐濕性相關(guān)聯(lián)的故障。該故障是首次在日立以外的公開場合提及。瑞薩認(rèn)為，在可靠性工程師之間廣泛分享通過故障所獲得的教訓(xùn)及經(jīng)驗十分重要，從而決定發(fā)表。

據(jù)田中介紹，日立于1970年前后首次使IC樹脂封裝實用化，將其應(yīng)用在了DRAM上。當(dāng)時，樹脂封裝成為日立DRAM的賣點之一。在選擇該樹脂封裝使用的樹脂時，日立將候選對象最終鎖定為兩種。接著進(jìn)行了被稱為PCT（Pressure Cooker Test）的加速試驗，選擇了經(jīng)該試驗判斷具有長壽命的樹脂A。PCT試驗是一項在121℃、濕度100％的高溫、高濕度環(huán)境下的加速試驗。

然而在供貨1～2年期間，使用樹脂A封裝的DRAM卻頻頻發(fā)生Al布線腐蝕的故障。甚至還有故障率達(dá)到供貨量10％的產(chǎn)品。因為這是在通過PCT試驗的IC上發(fā)生的故障，所以在日立內(nèi)部又被稱為“PCT事件”。在該事件發(fā)生后，日立再次使用樹脂A以及在PCT試驗中被剔除的樹脂B進(jìn)行了與耐濕性相關(guān)的壽命試驗。


圖2：對DRAM封裝用樹脂實施重新評測的結(jié)果
圖片源自瑞薩。（點擊放大）

圖3：隨著試驗環(huán)境的變化，結(jié)果發(fā)生劇變。
圖片源自瑞薩。（點擊放大）

結(jié)果得出了在65℃等低溫下樹脂B的壽命更長的結(jié)果（圖2）。也就是說，由此可以判斷，在實際使用環(huán)境下，樹脂B的壽命要比PCT試驗中表現(xiàn)出色的樹脂A更長。從中可以得到的教訓(xùn)是：“對可靠性進(jìn)行評測時，加速試驗并不是萬能的，應(yīng)該優(yōu)先實施接近實際使用環(huán)境的試驗”。 原因來自可靠性試驗人員的汗水

雖然PCT事件隨著將樹脂A換成樹脂B而結(jié)束，但直到1980年代耐濕性問題一直未能得到根本性解決。300毫英寸的DIP、QFP、SOP等小型封裝無法確保充分的耐濕性。比如，在因為接近實際使用環(huán)境而受到重視的“65℃/濕度95％”的耐濕性試驗中，存在焊盤腐蝕問題。雖然在原因未指定的情況下采取了改變封裝材料及制造方法等措施，但一直未能充分防止腐蝕。


圖4：通過開發(fā)在新試驗中獲得合格的樹脂，徹底解決了耐濕性問題。
圖片源自瑞薩。（點擊放大）

圖5：利用有機(jī)溶劑來溶解芯片間的粘合劑。
圖片源自東芝。（點擊放大）

原因與可靠性試驗人員和場所的變化（可靠性試驗環(huán)境的變化）有關(guān)。具體情況是，以前在25℃的房間內(nèi)實施的試驗從某時起被拿到30℃的房間內(nèi)進(jìn)行，可靠性試驗結(jié)果由此迅速惡化（圖3）。在尋找惡化原因時發(fā)現(xiàn)，問題出在試驗人員的汗水上。汗水中含有的氯（Cl）造成了污染。由此得出的結(jié)論是，小型封裝無法確保充分耐濕性的原因出在IC使用環(huán)境中還有的鹽身上，于是便誕生了新的可靠性試驗方法。


圖6：太赫茲微光顯微鏡的特點
圖片源自浜松光電。（點擊放大）

圖7：加速電極的效果
圖片源自東京大學(xué)。（點擊放大）

具體操作時，通過浸在1％的食鹽水（進(jìn)行Cl污染）中實施“65℃/濕度95％”的耐濕性試驗。在該試驗中合格的樹脂材料便被挖掘出來，從而消除了在野外時耐濕性不足所導(dǎo)致的故障。由此，樹脂封裝實現(xiàn)了與陶瓷封裝相同的耐濕性（圖4）。這種新型樹脂目前已有25年以上的應(yīng)用業(yè)績。

另外，據(jù)田中介紹，焊盤之所以會被食鹽中的鹽所腐蝕是源于鹽的潮解作用。在高濕度狀態(tài)下，隨著潮解的發(fā)生，含鹽的水分會順著引線框架和焊絲傳遞，從而使焊盤受到腐蝕。

通過使用有機(jī)溶劑，利用低浸蝕處理使芯片實現(xiàn)分離


下面來介紹一下其他發(fā)表的要點。東芝的演講者住吉貴充（半導(dǎo)體公司大分工廠品質(zhì)保證部故障分析技術(shù)負(fù)責(zé)人）介紹了對封裝內(nèi)縱向?qū)盈B的芯片實施分離的方法。為了去除縱向?qū)盈B的芯片間的粘合劑，以往一直使用發(fā)煙硝酸和研磨法，但容易發(fā)生斷裂和焊盤腐蝕問題。因此，東芝通過使用有機(jī)溶劑，利用低浸食處理使芯片實現(xiàn)了分離（圖5）。

浜松光電的演講者是松本徹（系統(tǒng)事業(yè)部第3設(shè)計部第18部門專職成員）。松本介紹了使用飛秒激光器和太赫波檢測器的微光顯微鏡（圖6）。特點是無需在外部以電氣方式操作作為被檢查對象的芯片。松本在演講中展示了試用時的圖像示例等。但遺憾的是主要檢查的是0.35μm的芯片。希望能夠有半導(dǎo)體廠商提供65nm及45nm等尖端芯片。

東京大學(xué)的演講者是伊藤誠吾（生產(chǎn)技術(shù)研究所機(jī)械及生體系部門滝口研究室特聘研究員）。伊藤介紹了對準(zhǔn)靜電場實施檢測的故障分析技術(shù)的改進(jìn)。對象物為半導(dǎo)體時，準(zhǔn)靜電場容易檢測出來，但樹脂封裝等絕緣體的話就很難檢測了。因此，伊藤通過在傳感器上增加“加速電極”，獲得了在絕緣體時也可檢測的S/N（圖7）。[!--empirenews.page--]


圖8：對已封裝完的印刷基板實施反復(fù)彎曲試驗的概要
圖片源自索尼。（點擊放大）

圖9：柵極絕緣性劣化
圖片源自京瓷。（點擊放大）

索尼的演講者是尾崎晉佑（PDSG半導(dǎo)體事業(yè)本部品質(zhì)可靠性部門可靠性技術(shù)部LSI可靠性技術(shù)課可靠性工程師）。尾崎介紹了對封裝完的印刷基板實施的反復(fù)彎曲試驗。該試驗向已封裝完的IC封裝與印刷基板的焊點接合部實施應(yīng)力（反復(fù)彎曲），觀察其影響（圖8）。此次就彎曲的頻率和形狀進(jìn)行了考察。結(jié)論是：“形成最大5Hz的正弦波推壓波形時說明可靠性出色”。

京瓷的演講者是今原和光（滋賀野洲工廠薄膜部件品質(zhì)保證部野洲品質(zhì)保證課）。今原介紹了LCD顯示器的故障和可靠性試驗。在演講前半程介紹了LCD顯示器會發(fā)生的主要可靠性故障。包括柵極絕緣性劣化、TEF閾值漂移及單元內(nèi)殘留CD的影響等（圖9）。雖然每項故障都有策可施，但為了完全消除可靠性故障，需要采取更系統(tǒng)的舉措。比如，為了防止重蹈覆轍，確定設(shè)計及制造工藝的規(guī)則，予以遵守。（記者：小島 郁太郎）