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チップの機械的ストレス低減とは？課題と対策・製品を解説
組立・パッケージングにおけるチップの機械的ストレス低減とは？
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組立・パッケージングにおけるチップの機械的ストレス低減
組立・パッケージングにおけるチップの機械的ストレス低減とは？
パワーデバイス・モジュール業界において、チップは組立・パッケージング工程で様々な機械的ストレスに晒されます。これらのストレスは、チップの性能低下や信頼性問題、さらには寿命の短縮に繋がる可能性があります。そのため、チップにかかる機械的ストレスを低減することは、高性能かつ高信頼性のパワーデバイス・モジュールを実現するために不可欠な技術です。
課題
ワイヤボンディング時の応力集中
チップと外部リードフレームを接続するワイヤボンディング工程において、ワイヤの張力や熱膨張率の違いからチップ表面に応力集中が発生し、微細なクラックや剥離を引き起こすことがあります。
封止材硬化時の収縮応力
チップを保護するための封止材が硬化する際に発生する収縮応力が、チップや内部配線に過大なストレスを与え、破損の原因となることがあります。
熱サイクルによる疲労
パワーデバイスは動作中に温度変化を繰り返します。この熱サイクルにより、チップとパッケージ材料の熱膨張率の違いから繰り返し応力が発生し、疲労破壊に至る可能性があります。
外部からの物理的衝撃
製造工程や輸送、使用環境において、外部からの物理的な衝撃がチップに加わり、破損や性能低下を引き起こすリスクがあります。
対策
応力緩和構造の設計
チップ表面の応力集中を避けるため、ワイヤの形状や配置を最適化したり、応力緩和層を導入したりする設計手法です。
低収縮性封止材の採用
硬化時の収縮応力が小さい封止材を選択することで、チップや内部配線へのストレスを低減します。
熱膨張率のマッチング
チップ、パッケージ材料、封止材の熱膨張率を近づけることで、熱サイクルによる応力発生を抑制します。
衝撃吸収構造の導入
パッケージ全体に衝撃吸収材を組み込んだり、構造を工夫したりすることで、外部からの衝撃に対する耐性を向上させます。
対策に役立つ製品例
低弾性率接着剤
チップと基板間の接着に用いることで、熱膨 張差による応力を吸収し、チップへのストレスを低減します。
特殊形状ワイヤ
ワイヤボンディング工程で使用される、応力集中を緩和する設計が施されたワイヤです。
高機能封止材
硬化収縮率が低く、熱伝導性に優れた封止材で、チップを保護しつつストレスを低減します。
ダンピング材
パッケージの外部や内部に配置することで、外部からの衝撃エネルギーを吸収し、チップへの伝達を抑制します。
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