筆者感覺(jué)最具有沖擊力的是瑞薩的演講。演講者是田中政樹(shù)（品質(zhì)保證統(tǒng)括部MCU品質(zhì)保證第一部高級(jí)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(kāi)場(chǎng)合提及…… 第41屆可靠性及可維護(hù)性學(xué)術(shù)研討會(huì)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(huì)議（Session 1和Session 2）。兩會(huì)議合計(jì)有6項(xiàng)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(shù)在演講中
攝影：Tech-On!。（點(diǎn)擊放大）
雖說(shuō)是個(gè)人判斷，但筆者感覺(jué)最具有沖擊力的是瑞薩的演講。演講者是田中政樹(shù)（品質(zhì)保證統(tǒng)括部MCU品質(zhì)保證第一部高級(jí)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(kāi)場(chǎng)合提及。瑞薩認(rèn)為，在可靠性工程師之間廣泛分享通過(guò)故障所獲得的教訓(xùn)及經(jīng)驗(yàn)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(shù)脂封裝實(shí)用化，將其應(yīng)用在了DRAM上。當(dāng)時(shí)，樹(shù)脂封裝成為日立DRAM的賣點(diǎn)之一。在選擇該樹(shù)脂封裝使用的樹(shù)脂時(shí)，日立將候選對(duì)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(yàn)，選擇了經(jīng)該試驗(yàn)判斷具有長(zhǎng)壽命的樹(shù)脂A。PCT試驗(yàn)是一項(xiàng)在121℃、濕度100％的高溫、高濕度環(huán)境下的加速試驗(yàn)。

然而在供貨1～2年期間，使用樹(shù)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?yàn)檫@是在通過(guò)PCT試驗(yàn)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(shù)脂A以及在PCT試驗(yàn)中被剔除的樹(shù)脂B進(jìn)行了與耐濕性相關(guān)的壽命試驗(yàn)。


圖2：對(duì)DRAM封裝用樹(shù)脂實(shí)施重新評(píng)測(cè)的結(jié)果
圖片源自瑞薩。（點(diǎn)擊放大）

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

結(jié)果得出了在65℃等低溫下樹(shù)脂B的壽命更長(zhǎng)的結(jié)果（圖2）。也就是說(shuō)，由此可以判斷，在實(shí)際使用環(huán)境下，樹(shù)脂B的壽命要比PCT試驗(yàn)中表現(xiàn)出色的樹(shù)脂A更長(zhǎng)。從中可以得到的教訓(xùn)是：“對(duì)可靠性進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，加速試驗(yàn)并不是萬(wàn)能的，應(yīng)該優(yōu)先實(shí)施接近實(shí)際使用環(huán)境的試驗(yàn)”。 原因來(lái)自可靠性試驗(yàn)人員的汗水

雖然PCT事件隨著將樹(shù)脂A換成樹(shù)脂B而結(jié)束，但直到1980年代耐濕性問(wèn)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(wú)法確保充分的耐濕性。比如，在因?yàn)榻咏鼘?shí)際使用環(huán)境而受到重視的“65℃/濕度95％”的耐濕性試驗(yàn)中，存在焊盤(pán)腐蝕問(wèn)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(guò)開(kāi)發(fā)在新試驗(yàn)中獲得合格的樹(shù)脂，徹底解決了耐濕性問(wèn)題。
圖片源自瑞薩。（點(diǎn)擊放大）

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

原因與可靠性試驗(yàn)人員和場(chǎng)所的變化（可靠性試驗(yàn)環(huán)境的變化）有關(guān)。具體情況是，以前在25℃的房間內(nèi)實(shí)施的試驗(yàn)從某時(shí)起被拿到30℃的房間內(nèi)進(jìn)行，可靠性試驗(yàn)結(jié)果由此迅速惡化（圖3）。在尋找惡化原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題出在試驗(yàn)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(wú)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(yàn)方法。


圖6：太赫茲微光顯微鏡的特點(diǎn)
圖片源自浜松光電。（點(diǎn)擊放大）

圖7：加速電極的效果
圖片源自東京大學(xué)。（點(diǎn)擊放大）

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

另外，據(jù)田中介紹，焊盤(pán)之所以會(huì)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(huì)順著引線框架和焊絲傳遞，從而使焊盤(pán)受到腐蝕。

通過(guò)使用有機(jī)溶劑，利用低浸蝕處理使芯片實(shí)現(xiàn)分離


下面來(lái)介紹一下其他發(fā)表的要點(diǎn)。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(duì)封裝內(nèi)縱向?qū)盈B的芯片實(shí)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(pán)腐蝕問(wèn)題。因此，東芝通過(guò)使用有機(jī)溶劑，利用低浸食處理使芯片實(shí)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(jì)部第18部門(mén)專職成員）。松本介紹了使用飛秒激光器和太赫波檢測(cè)器的微光顯微鏡（圖6）。特點(diǎn)是無(wú)需在外部以電氣方式操作作為被檢查對(duì)象的芯片。松本在演講中展示了試用時(shí)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(chéng)吾（生產(chǎn)技術(shù)研究所機(jī)械及生體系部門(mén)滝口研究室特聘研究員）。伊藤介紹了對(duì)準(zhǔn)靜電場(chǎng)實(shí)施檢測(cè)的故障分析技術(shù)的改進(jìn)。對(duì)象物為半導(dǎo)體時(shí)，準(zhǔn)靜電場(chǎng)容易檢測(cè)出來(lái)，但樹(shù)脂封裝等絕緣體的話就很難檢測(cè)了。因此，伊藤通過(guò)在傳感器上增加“加速電極”，獲得了在絕緣體時(shí)也可檢測(cè)的S/N（圖7）。[!--empirenews.page--]


圖8：對(duì)已封裝完的印刷基板實(shí)施反復(fù)彎曲試驗(yàn)的概要
圖片源自索尼。（點(diǎn)擊放大）

圖9：柵極絕緣性劣化
圖片源自京瓷。（點(diǎn)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(mén)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(duì)封裝完的印刷基板實(shí)施的反復(fù)彎曲試驗(yàn)。該試驗(yàn)向已封裝完的IC封裝與印刷基板的焊點(diǎn)接合部實(shí)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(shí)說(shuō)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(yàn)。在演講前半程介紹了LCD顯示器會(huì)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(xiàng)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(jì)及制造工藝的規(guī)則，予以遵守。（記者：小島 郁太郎）