半導体パッケージの接合部における各種試験評価、分析解析技術とその応用

第1部 半導体パッケージング技術の動向と、その「接合部」の設計や評価解析の重要性

(2025年12月8日 10:00〜11:10)

　半導体製品は情報社会には不可欠で、情報電子機器の頭脳として働いている。半導体チップは、封止部材により保護 (パッケージング) され半導体PKGとなる。チップは外部と接合=電気接続することで、その機能を発揮できる。この接合は、チップと接続回路およびPKGと回路基板の2種に分類でき、接合部の構造や接合状態はPKG性能 (小型化、寿命など) に大きく影響する。 　今回、半導体パッケージング技術の開発経緯を、接合部の設計・評価と関連づけて解説する。

1. 半導体パッケージング
   1. 半導体PKGの開発経緯
      • 開発年表
      • PKG種
        • WLP
        • PLP
        • 複合PKG
   2. 半導体パッケージング技術の開発経緯
      • 開発年表
      • 封止方法
        • 気密/樹脂
        • 移送
        • 液状
        • 圧縮
2. 半導体PKGと結合部
   1. PKGと回路基板
      • PKGの進化
        • DIP〜SOP〜BGA
        • FI/FO
      • 接続法の進化
        • ピン挿入〜表面実装
        • リード
        • 半田ボール
   2. チップと接続回路
      • 接続方法
        • 金線 (WB) 〜マイクロ半田ボール
      • 接続基板
        • 有機基板/無機基板
        • 基板/再配線 (基板レス)
   3. 情報処理量とPKG
      • 接合数
        • 処理 (プロセッサ) >記憶 (メモリ)
      • PKG
        • 結合数・間隔 FOPKG < CoWoS
3. 結合部の信頼性向上とその検証
   1. PKGと回路基板
      • 応力解析 (Simulationなど)
      • 強度補強 (SF/液状材料)
   2. チップと接続回路
      • 三次元軟X線解析
      • 超音波探傷
• 質疑応答

第2部 半導体パッケージングにおける各種「封止」技術の動向と、その強度や反り、信頼性の評価について

(2025年12月8日 11:15〜12:40)

　半導体チップは、封止材料 (樹脂組成物) によりパッケージングされ半導体PKGになる。PKGの性能はパッケージング技術 (封止技術) の水準により大きく左右される。特に、封止材料の品質および注入方法・流動距離が重要となる。半導体PKGは品質向上 (軽薄短小化、低コスト化など) を追求し続け、封止技術 (封止材料、封止方法) はそれに対応すべく改良を重ね続けている。 　今回、封止技術 (特に、封止材料) の対応状況およびそのの検証方法について解説する。

1. 半導体封止技術
   1. 封止材料
      • 種類
      • 開発経緯
      • 用途
      • 製造会社
   2. 封止方法
      • 移送成形の進化 (固形材料)
      • 液状封止の課題
2. 封止材料の諸元
   1. 組成
   2. 製法・設備
   3. 工程管理
      • 検査
      • 環境など
   4. 原料
3. 封止材料の評価
   1. 流動硬化性
      • 流動粘度
      • 流動硬化性
      • 流動解析 (Simulation) など
   2. 硬化物特性
      • 強さ
      • 信頼性 (耐湿性など)
      • 吸水性
      • 熱歪など
4. 封止技術の課題と対策
   1. 樹脂封止
      • 大面積化
      • 狭間注入
      • 流動硬化
   2. 基板搭載
      • 一次実装と二次実装
      • 半田リフロー
• 質疑応答

第3部 パワー半導体パッケージ接合部の熱信頼性評価方法

(2025年12月8日 13:40〜14:40)

　パワー半導体パッケージの高放熱化へ、銀焼成材を代表とした接合技術が発展してきている。 　本講演は、半導体接合部の熱信頼性設計方法に焦点を当て、接合劣化抑制手段について述べる。

1. パワー半導体パッケージ構造と熱信頼性の課題
   1. パワー半導体パッケージ構造
   2. パワー半導体接合材
   3. 接合部の熱信頼性課題
   4. 本講義の目的
2. 銀焼成接合劣化の熱信頼性評価手法
   1. 薄膜引張試験
   2. 九点曲げ機械疲労試験
   3. FEAを用いたダメージパラメータ試算
   4. 寿命予測の考え方
3. パッケージ構造での銀焼成接合劣化抑制手法
   1. 封止樹脂の機械特性
   2. 樹脂剥離と接合劣化の関係
   3. 今後の展望
• 質疑応答

第4部 赤外線サーモグラフィ非破壊検査装置を用いた接合部の欠陥や不具合の解析について

(2025年12月8日 14:55〜15:55)

　自動車、航空機、半導体、電子基板、電池等における接着・接合ニーズは多様化しており、非破壊・非接触で検査したいニーズが高まっている。ここでは 赤外線サーモグラフィ非破壊検査装置を使用した検査事例を解説する。

1. 赤外線サーモグラフィ
   1. 各種赤外線カメラ・サーモグラフィ
   2. 赤外線の原理
   3. 温度測定
2. 各種赤外線サーモグラフィ非破壊検査
   1. 誘導コイル励起
   2. 超音波加振振動励起
   3. フラッシュランプ・レーザー励起
3. 非破壊検査事例
   1. 自動車部品
   2. 基板、半導体、電池、銅溶接
• 質疑応答

第5部 銅-樹脂接合材の剥離シミュレーション

(2025年12月8日 16:10〜17:10)

1. 剥離試験方法
   1. 双片持ち梁試験 (DCB)
   2. 端面切り欠き曲げ試験 (ENF)
   3. 混合モード曲げ試験 (MMB)
2. 剥離解析手法
   1. 仮想亀裂閉口法 (VCCT)
   2. 粘着領域法 (CZM)
3. 剥離解析用パラメータの推定
   1. VCCTによるパラメータ推定
   2. CZMによるパラメータ推定
   3. 解析と実測の比較
• 質疑応答