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半導体パッケージの熱特性評価 - 熱指標、信頼性、品質

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半導体パッケージの熱特性評価 - 熱指標、信頼性、品質

熱性能と熱信頼性が半導体デバイスやICパッケージに与える影響を理解することは、製品開発の段階においても、電子製品のサプライチェーン全体においても重要です。半導体OEMとパッケージング企業のみならず、電子部品を統合する電子機器ハードウェア企業にとって、半導体デバイスとICパッケージの高精度な熱指標と熱試験は欠かすことができません。

熱測定技術を活用した熱特性評価についてのこのウェビナーをぜひ視聴ください。この技術が熱指標の定義、熱シミュレーションモデルの検証と校正、熱信頼性と寿命予測調査、製造品質評価をいかにサポートするかを学べます。

ジャンクション温度 (Tj) 測定、電気試験手法、JEDEC標準

熱過渡試験手法には、ジャンクション温度を何度も正確に測定できる技術が必要です。このウェビナーは、電気試験手法を使用したジャンクション温度測定のほか、半導体デバイスと温度センサーを使用してジャンクション温度を測定する方法を説明します。ダイオードの順電圧をはじめとする温度感度パラメーター (TSP) を決定する方法や、TSPを使用して、ジャンクション温度のばらつきを正確に測定する方法を学べます。電力ステップを使用してデバイスに熱過渡応答 (加熱または冷却の応答) を発生させ、ジャンクション温度を測定することで、非常に高精度の熱過渡データを捕捉します。

紹介する内容は、電気試験手法、JEDEC標準規格 (JESD 51シリーズ、JESD 51-14デュアルインターフェース法など)、動的測定と静的測定の利点、熱過渡測定値から構造関数を生成する方法 (熱抵抗プロファイル vs 熱容量のプロファイル) などです。

熱抵抗プロファイル vs 熱容量のプロファイル - 構造関数と熱流路解析を理解する

構造関数は、ジャンクションから雰囲気までの熱流路における熱抵抗(Rth) プロファイルと熱容量 (Cth) の関数です。電力ステップに対する過渡ジャンクション温度応答を正確に測定した値から導かれます。

このウェビナーでは、半導体パッケージの各層の熱に関する情報を提供する構造関数を学びます。それにより、ダイアタッチ、ベース、TIM (サーマル・インタフェース・マテリアル)、パッケージケース、さらには冷却部品 (ヒートシンク、ファン、コールドプレート) など、各レイヤーの物理特性を把握できます。

熱特性評価 - 構造関数の4つの主要用途

熱過渡測定から導き出された構造関数は、半導体デバイスの熱構造と層構造、パッケージ、モジュールの詳細な情報を提供します。つまり、熱抵抗値だけに着目したり、温度と時間のプロットだけを見ていては得られない有益な情報を得ることができます。このウェビナーでは、構造関数の主な用途を4つ紹介します。

  1. 熱指標の決定
    例：熱抵抗値 (RthJC)
  2. パッケージの詳細熱モデルの校正
    例：過渡熱モデリング精度のサポート
  3. 熱信頼性評価
     例： パワーサイクリング試験を組み合わせて、熱劣化を評価
  4. 品質評価
     例： ダイ実装時の空隙不良部を評価

ジャンクションから筐体の熱抵抗 (θjcまたはRthJC)、熱インピーダンス、その他のICパッケージの熱指標

半導体デバイス製品マネージャーとしてデータシートの値について調査しているときや電子部品の熱設計エンジニアがシミュレーションモデルを作成するために熱データを検索しているときには、ICパッケージとヒートシンクの「その場」の熱プロパティを検証できる熱過渡試験が有用です。

測定値を基に導き出した構造関数には、ジャンクションから雰囲気までの熱流路全体に関する詳細が含まれているため、そこからジャンクションから筐体までの熱抵抗 (θjcまたはRthJC)、ジャンクションから雰囲気までの熱抵抗 (θjcまたはRthJC) などの値を得られます。例えば、TIM材料を変えるとパッケージ全体の熱抵抗がどう変わるかを検証できます。正確な過渡熱測定は、熱インピーダンス (Zth) などの指標値の評価にも有効です。

Simcenter T3STER測定値に基づく構造関数を踏まえ、シミュレーションから得た構造関数を自動で校正できるため、パッケージ熱モデルを詳細化して過渡シミュレーションの精度を高めることも可能です。校正済みの3D熱モデルは、過渡解析に十分の精度を備えているとともに、回路シミュレーション用に熱モデルを次元化するときの基礎としても用いられます。

熱過渡試験の技術 - シミュレーション、信頼性テスト、品質評価などをサポート

半導体パッケージの基本的な熱特性評価以外にも、熱過渡試験技術を提供する多くのアプリケーションがあります。このウェビナーでは、次のような拡張型アプリケーションを簡単に説明します。

  • サーマル・インターフェース・マテリアル (TIM) のバルク熱導体試験
  • パワー半導体の熱信頼性試験
  • LED照明の熱・光学試験
  • 品質試験: ダイ実装時の空隙評価、TIMの材料層検証など
  • 熱設計のサプライチェーンサポート

このウェビナーの講演者と内容

Simcenter T3STER熱過渡試験技術の詳細のほか、Simcenterポートフォリオに含まれるCAE熱解析ツールとの独自連携機能によってテストとシミュレーションを組み合わせる方法を紹介します。技術に長けた経験豊富なメンバーによるプレゼンテーションです。Simcenter熱試験ソリューションに精通し、半導体、コンシューマー製品、工業用エレクトロニクス、自動車、航空宇宙といった多くの業界大手と緊密に協業してきた経験を持ちます。

  • Andras Vass-Varnai – グローバル・ビジネス開発マネージャー
  • Antonio Caruso – 技術ビジネス開発 (欧州担当)
  • Hon Wong - 技術ビジネス開発 (アジア太平洋地域担当)