JPWO2011155032A1 - クラック特定装置と半導体装置 - Google Patents
クラック特定装置と半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011155032A1 JPWO2011155032A1 JP2010547898A JP2010547898A JPWO2011155032A1 JP WO2011155032 A1 JPWO2011155032 A1 JP WO2011155032A1 JP 2010547898 A JP2010547898 A JP 2010547898A JP 2010547898 A JP2010547898 A JP 2010547898A JP WO2011155032 A1 JPWO2011155032 A1 JP WO2011155032A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- crack
- magnitude
- solder layer
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 144
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 46
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 8
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910000828 alnico Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N [Ag].[Sn] Chemical compound [Ag].[Sn] QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Ag].[Sn] Chemical compound [Cu].[Ag].[Sn] PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- -1 tin zinc aluminum Chemical compound 0.000 description 1
- 229910000969 tin-silver-copper Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/10—Plotting field distribution ; Measuring field distribution
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
はんだ層にクラックが生じたことをリアルタイムでかつ精緻に特定することのできるクラック特定装置とこれを備えた半導体装置を提供する。本発明のクラック特定装置は、少なくとも半導体素子がはんだ層を介して被接続部材と接続されてなる半導体装置において、はんだ層にクラックが生じたか否かを特定する、クラック特定装置であって、半導体装置を構成する部材に固定されて磁界を発生する発生部と、はんだ層内に配されて磁界の大きさを検出する検出部と、からなり、前記発生部で生じた磁界を前記検出部で検知するようになっており、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定する。
Description
本発明は、半導体装置の素子と基板等の被接続部材を繋ぐはんだ層に生じ得るクラックの有無を検知するクラック特定装置と、このクラック特定装置を備えた半導体装置に関するものである。
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を搭載した半導体装置（パワーモジュール）においては、この半導体素子からの発熱を効率よく放熱し、発熱時においても基準温度以下となるような調整が図られている。
ここで、従来の半導体装置の実装構造を図１３に基づいて説明する。同図で示すように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）板や純アルミニウム板等からなる絶縁基板ｄの一側面に回路基板ｃが固定され、外部電極に通じるリードフレームｆと電気的に接続された半導体素子ａと回路基板ｃがはんだ層ｂを介して固定され、絶縁基板ｄの他側面には半導体素子ａからの熱を回路基板ｃを介して放熱する（Ｑ方向）ための放熱板ｅ（ヒートシンク）が配されて半導体装置Ｈが構成されている。なお、半導体装置の形態は図示例以外にも多様な形態があり、たとえば、ヒートシンクの下方に冷却器等がろう付けされた形態や、図示する装置が封止樹脂体でポッティングされた形態、半導体素子がヒートシンクやリードフレームにろう付けされた形態などもある。
いずれの形態であっても、半導体素子は基板等のはんだ層を介して接続されること、および、半導体装置が各種構成部材の多層積層構造となっていることに変わりはない。たとえば図示例においては、半導体素子の線膨張率（もしくは線膨張係数）が３ｐｐｍ／Ｋ程度、回路基板や絶縁基板の線膨張率が４〜５ｐｐｍ／Ｋ程度、アルミ製のヒートシンクの線膨張率が２５ｐｐｍ／Ｋ程度と構成部材ごとに線膨張率が非常に異なっている。
ところで、上記する半導体装置がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、長期に亘り、しかも寒暖差が極めて激しい冷熱サイクルに対してその耐久性の確保が要求される。しかし、上記のごとく構成部材ごとに線膨張率が大きく異なっていることから、それぞれの部材を直付けした場合には、温度変化に起因する線膨張差によって熱応力が構成部材内や構成部材同士の接合界面に生じ、特に構成部材の中で最も構造的、強度的に弱いはんだ層内ではクラックが生じ易く、これが半導体装置の耐久性を低下させる大きな要因となり得る。
特に、昨今の半導体装置はその小型化が進んでおり、この半導体装置の小型化に伴って半導体素子が発する熱もより一層高くなっており、単位面積当りの熱量が増大していることに鑑みれば、上記するはんだ層におけるクラックの発生は一層顕著なものとなっている。
ここで、公開された従来技術に関し、特許文献１には、半導体素子の中央部とその周辺端部に配置された温度検出素子によってそれぞれの部位の温度を検知し、温度差によってクラックの発生を検知する方法が開示されている。
この検知方法は、クラックが生じている部位はその熱抵抗が増大して放熱が阻害され、これに起因して温度が上昇することに着目したものであり、ある部位が他の部位に比して温度上昇した際にこの部位にクラックが生じたものと同定する方法である。
しかし、ある部位の温度を測定してクラック発生の有無を特定する方法では、以下のような課題がある。
すなわち、熱は拡散し易い性質を有していることから、クラックが生じている部位とクラックが生じていない部位との間で温度差がないと特定されることがあり、測定温度が低いにもかかわらず実際にクラックが生じていたり、測定温度が高いにもかかわらず実際にはクラックが生じていないといったいわゆる誤検知が生じ易いことである。
また、熱の伝わりには時間を要することから、リアルタイムにクラックを特定するのが難しいことである。
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、半導体装置の素子と基板等の被接続部材を繋ぐはんだ層において、クラックが生じたことをリアルタイムに、かつ精度よく特定することのできるクラック特定装置と、このクラック特定装置を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明によるクラック特定装置は、少なくとも半導体素子がはんだ層を介して被接続部材と接続されてなる半導体装置において、はんだ層にクラックが生じたか否かを特定する、クラック特定装置であって、半導体装置を構成する部材に固定されて磁界を発生する発生部と、はんだ層内に配されて磁界の大きさを検出する検出部と、からなり、前記発生部で生じた磁界を前記検出部で検知するようになっており、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定するものである。
本発明のクラック特定装置が組み込まれる半導体装置は、その構成部材である半導体素子や基板等がケース内に収容されるものであっても、ケースレス構造のものであってもよいし、さらに、これらの構成部材が封止樹脂体にてポッティングされているものであってもされていないものであってもよい。さらに、外部電極に通じるリードフレームを具備するものも当然に包含するものである。また、ここでいう「基板」とは、回路基板、絶縁基板、放熱板、もしくは回路基板と絶縁基板の組み合わせ、もしくはそれらと放熱板の組み合わせなど、のすべてを総称するものである。
本発明のクラック特定装置は、磁界を発生する発生部と、はんだ層内に配されて磁界の大きさを検出する検出部とから構成されている。なお、ここでいう「磁界の大きさ」とは、磁界の強さともいうことができ、たとえば測定された磁束密度の値をもって磁界の大きさとすることができる。
ここで、この発生部としては、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石などの磁石のほか、半導体装置が外部に延びるリードフレームを具備するものの場合にはこのリードフレームに取り付けられたコイルなどを挙げることができる。
さらに、この発生部としては、はんだ層を形成するはんだ材料（錫、錫銀、錫銅、錫銀銅、錫亜鉛アルミなど）内に分散されたニッケルや鉄、コバルトやこれらの合金などからなる強磁性材料などであってもよい。
また、これらの強磁性材料からなるバルク体（たとえば球体）がはんだ層の厚み保持手段として埋設されている場合には、このバルク体も上記する発生部となり得る。
また、磁界の大きさを検出する検出部としては、たとえばホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲ素子）などを挙げることができるが、より微小な磁界の大きさの変化を検出できるものとして、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）などが好ましい。なお、検出される磁界の大きさやその変化が小さな場合には、検出部にアンプを組み込んでおくのがよい。
上記するように、磁界を生じさせる発生部と、この発生部で生じた磁界の大きさを検出する検出部の形態や組み合わせは多様に存在するが、いずれの形態においても、はんだ層にクラックが生じていない状態で検出される磁界の大きさに対して、その検出値が変化した際に、はんだ層にクラックが生じたものと特定するようになっている。
はんだ層にクラックが生じると、このはんだ層が側方へ広がるように潰れたり、はんだ層の下面が波を打つように変形したりして、このはんだ層内に配設された検出部の位置がクラック発生前の位置からずれてしまう。
そして、この検出部の位置ずれによって発生部と検出部の距離が変化し、この距離の変化によって検出部で検出される磁界の大きさが変化することを本発明のクラック特定装置は利用している。
たとえばはんだ層にクラックが生じて検出部と発生部の距離が変化して長くなった際には、これらの間の空間抵抗が増加することに起因して検出部で検出される磁界の大きさは小さくなる。
また、クラックの発生態様によっては検出部と発生部の間の距離がクラック発生前に比して短くなる場合もあり得るが、この場合には検出部で検出される磁界の大きさが逆に大きくなり、いずれの場合であっても、クラック発生前後で検出される磁界の大きさが変化することとなる。
すなわち、本発明のクラック特定装置は、既述する従来の公開技術のごとく、はんだ層の任意部位における温度の変化によってクラックを特定するものでなく、クラックの発生によって必然的に変化する磁界の大きさに基づいてクラックを特定することから、リアルタイムで、かつ精緻にクラックの発生を特定することができるものである。
なお、上記するクラック特定装置は、この検出部における磁界の大きさに関するセンシングデータが常時送信されるコンピュータをさらに備えるものであってもよく、このコンピュータにおいて、受信されたセンシングデータが変化した際に、もしくは、変化量がある閾値を超えた際に、はんだ層にクラックが生じたことを画面表示したり、警報告知するような機能をさらに備えていてもよい。
また、発生部で生じる磁界の大きさやその変化が小さい場合に、検出部にアンプを設置する代わりに、発生部の周囲において検出部側に開口を備えた磁性カバー体を配しておき、この磁性カバー体によって発生部で生じた磁界の大きさを増幅させて検出部で検出するような装置形態を適用してもよい。
さらに、本発明によるクラック特定装置の他の実施の形態は、前記発生部の近傍に前記検出部と異なる別途の検出部が配され、前記検出部と前記別途の検出部の双方で前記発生部で生じた磁界の大きさが検出されるようになっており、温度依存性を有する磁界の大きさに関し、実際の磁界の大きさと、その際の温度と、この温度によって補正された磁界の大きさと、に関するデータが複数の温度と複数の磁界に対して特定されたマップをさらに有しており、前記マップを参照して、前記別途の検出部で検出された磁界の大きさから現在の温度が特定され、前記検出部で検出された磁界の大きさを特定された温度と前記マップに基づいて前記補正された磁界の大きさとし、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの補正された磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定するものである。
この形態の特定装置は、磁界の大きさが温度依存性を有していることを勘案し、発生部で生じる磁界の大きさをその近傍の別途の検出部で検出し、はんだ層内に配された検出部によって検出された磁界の大きさを、別途の検出部で検出された磁界の大きさから割り出された温度に基づいて補正し、この補正後の磁界の大きさが以前の磁界の大きさから変化しているか否かを比較してクラック発生の有無を特定するものである。
そのために、実際の磁界の大きさと、その際の温度と、この温度によって補正された磁界の大きさと、に関するデータが複数の温度と複数の磁界に対して特定されたマップを用意しておく必要があり、予め特定されたマップデータを、既述するコンピュータ内に内蔵しておき、２つの検出部での検出データがコンピュータに送信された際に瞬時に補正後の磁界の大きさが割り出され、クラック発生の有無が特定されるようになっているのが好ましい。
さらに、本発明は、上記するクラック特定装置を備えた半導体装置にも及ぶものである。
上記のごとく、リアルタイムで精緻にはんだ層内におけるクラック発生の有無が特定されることから、半導体装置の破損を未然に防止することが可能となる。また、半導体装置が作動不可となる前に、この半導体装置が搭載された電子機器の使用者や、ハイブリッド車、電気自動車等の乗員がその作動を停止することができ、半導体装置の停止による事故を未然に防止することが可能となる。
以上の説明から理解できるように、本発明のクラック特定装置によれば、半導体装置の構成部材内に磁界を生じさせる発生部が配され、クラックが生じ得るはんだ層内に磁界の大きさとその変化を検出する検出部が配されたことにより、はんだ層にクラックが生じたことをリアルタイムでかつ精緻に特定することができる。
１…半導体素子、２…回路基板、３…絶縁基板、４…ヒートシンク、５…はんだ層、６…リードフレーム、７…磁石（発生部）、７Ａ…コイル（発生部）、８…ＭＩ素子（検出部）、９…磁性カバー体、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…クラック特定装置、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…半導体装置、５１…強磁性金属粒、５２…強磁性金属バルク体
以下、図面を参照して本発明のクラック特定装置とこれを備えた半導体装置の実施の形態を説明する。なお、半導体装置の構造、すなわち、半導体装置を構成する構成部材やその積層態様などは図示例に限定されるものでないことは勿論のことである。また、検出部での検出データが送信されたり、検出データを現在温度にて補正したり、クラックの発生を表示もしくは警報等するコンピュータをさらに備えていてもよいが、その図示は省略している。
図１は、本発明のクラック特定装置の一実施の形態とこれを備えた半導体装置を示した図であり、図２は、図１の半導体装置のはんだ層にクラックが生じた状態を説明した図である。
図示する半導体装置２０は、半導体素子１と回路基板２をはんだ層５が接続し、回路基板２と絶縁基板３、およびヒートシンク４がろう付けや接着等されて接続され、半導体素子１が外部電極へ通じるリードフレーム６と繋がれてその大略が構成されている。
また、この半導体装置２０のうち、リードフレーム６には磁界を発生する発生部である磁石７が取り付けられており、はんだ層５の内部には、磁石７から生じた磁界の大きさとその変化を検出する検出部であるＭＩ素子８が配設されていて、これら磁石７とＭＩ素子８からクラック特定装置１０が構成されている。
ここで、磁石７は、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石のうちのいずれであってもよいが、磁束密度が大きく、したがってアンプ等を配設せずともＭＩ素子８でその大きさやその大きさの変化をより精緻に検出できる希土類磁石で形成されたものが好ましい。
図１の状態、すなわち、はんだ層５にクラックが生じていない状態における磁石７とＭＩ素子８の距離はＬ１であり、この距離を磁石７からＭＩ素子８へ磁束が流れて（Ｘ１方向）ここで磁界の大きさ（たとえば磁束密度）がセンシングされる。
半導体装置２０の繰り返し使用により、はんだ層５には図２で示すようにクラックＣが生じ、たとえば同図で示すように、はんだ層５の上方端部で生じたクラックＣによってＭＩ素子８が当初位置から外側へ傾いた位置へ傾斜することにより（Ｙ１方向）、磁石７とＭＩ素子８の間の距離は、当初の距離：Ｌ１よりも短い距離：Ｌ２となる。
距離が短くなることにより、磁石７とＭＩ素子８の間の空間抵抗が小さくなり、ＭＩ素子８にて検出される磁界の大きさがクラック発生前の値よりも大きな値に変化し、この変化の検知によってはんだ層５にクラックＣが生じたものと特定される。
図３は、クラック特定装置の他の実施の形態とこれを備えた半導体装置を示す図である。
図示する半導体装置２０Ａは、たとえば銅素材のリードフレーム６に同素材の導線が巻装されたコイル７Ａがろう付けされ、リードフレーム６に通電された際に電流の一部がコイル７Ａに流れて磁界を発生させるものである。コイル７Ａで生じた磁束がＭＩ素子８へ流れて（Ｘ１方向）ここで磁界の大きさがセンシングされるものであり、コイル７ＡとＭＩ素子８からクラック特定装置１０Ａが構成されている。
また、図４は、クラック特定装置のさらに他の実施の形態とこれを備えた半導体装置を示す図であり、図５は、図４の半導体装置のはんだ層にクラックが生じた状態を説明した図である。
図示する半導体装置２０Ｂでは、はんだ層５内に強磁性金属粒５１が分散しており、これらが磁界を生じさせる発生部となっていて、この強磁性金属粒５１とＭＩ素子８からクラック特定装置１０Ｂが構成されている。
クラックが生じていない図４の状態では、分散した多数の金属粒５１からの磁束がＭＩ素子８へ流れて（Ｘ２方向）、それぞれの金属粒５１の磁界の大きさの総和（金属粒の集合体の磁界の大きさ）がＭＩ素子８にて検出されている。
一方、このはんだ層５に図５で示すようにクラックＣが生じ、ＭＩ素子８が当初位置から外側へ傾いた位置へ傾斜することにより（Ｙ２方向）、ＭＩ素子８と多数の金属粒５１の集合体との間の距離は、当初の距離よりも長くなる。したがって、金属粒５１の集合体からＭＩ素子８へ磁束が流れる（Ｘ３方向）距離抵抗が大きくなることにより、ＭＩ素子８にて検出される磁界の大きさがクラック発生前の値よりも小さな値に変化し、この変化の検知によってはんだ層５にクラックＣが生じたものと特定される。
また、図６は、クラック特定装置のさらに他の実施の形態とこれを備えた半導体装置を示す図である。
図示する半導体装置２０Ｃは、はんだ層５内にこのはんだ層の厚みを保証する球状のバルク体５２が埋設されたものであり、このバルク体５２は強磁性金属であるニッケルや鉄、コバルトやそれらの合金から形成されたものである。したがって、この強磁性金属バルク体５２は磁界を生じさせる発生部となり、これと検出部であるＭＩ素子８からクラック特定装置１０Ｃが構成されている。
また、図７は、クラック特定装置のさらに他の実施の形態とこれを備えた半導体装置を示す図であり、図８は、図７の半導体装置のはんだ層にクラックが生じた状態を説明した図である。
図示する半導体装置２０Ｄは、はんだ層５内にこのはんだ層の厚みを保証する球状で強磁性のバルク体５２が埋設されるとともに、リードフレーム６には、磁石７が取り付けられ、さらに、この磁石７の周囲においてＭＩ素子８側に開口を備えた磁性カバー体９が配され、この磁性カバー体９によって磁石７で生じた磁界の大きさを増幅させてＭＩ素子８で検出するようになっている。磁石７と、生じた磁界をＭＩ素子８側へ提供する磁性カバー体９と、強磁性のバルク体５２およびＭＩ素子８からクラック特定装置１０Ｄが構成されている。なお、このクラック特定装置が強磁性のバルク体を具備しないものであってもよい。
クラックが生じていない図７の状態では、磁性カバー体９とＭＩ素子８の間の距離がＬ３、強磁性のバルク体５２と磁石７の間の距離がＬ４となっており、磁石７から生じた磁束が磁性カバー体９を通り、距離：Ｌ３の空間を通ってＭＩ素子８に入り、さらに強磁性のバルク体５２を通り、距離：Ｌ４の空間を通って磁石７に入る閉磁路の磁束流れ（Ｘ４方向）を形成している。
これに対して、たとえば図８で示すようにはんだ層５のバルク体５２の上方にクラックＣが生じると、ＭＩ素子８は側方に傾いて磁性カバー体９との距離が当初距離：Ｌ３からＬ５に短くなり、その一方で、バルク体５２と磁石７の間の距離はクラックＣの分だけ当初距離：Ｌ４からＬ６へ長くなる（閉磁路の磁束流れはＸ４’方向）。
この結果、２つの空間距離：Ｌ３，Ｌ４がそれぞれＬ５，Ｌ６に変化することで空間抵抗が変化し、ＭＩ素子８にて検出される磁界の大きさがクラック発生前の値から変化し、この変化の検知によってはんだ層５にクラックＣが生じたものと特定される。
ここで、図９ａ，ｂはそれぞれ、図７，８に関する上記閉磁路を仮想の磁気回路で説明した図である。
図９ａ，ｂともに、Ｅ７は磁界を生じさせる磁石７を模擬しており、Ｒ９は磁性カバー体９を抵抗値で模擬しており、ＲＬ３、ＲＬ４，ＲＬ５，ＲＬ６はそれぞれ、空間距離：Ｌ３〜Ｌ６の空間抵抗を示している。
また、図１０ａは、クラック特定装置のさらに他の実施の形態とこれを備えた半導体装置を示した図であり、図１０ｂは、その制御フローを説明した図である。
図示する半導体装置２０Ｅは、はんだ層５内にこのはんだ層の厚みを保証する球状で強磁性のバルク体５２が埋設されるとともに、リードフレーム６には、磁石７が取り付けられ、さらに、この磁石７の周囲においてＭＩ素子８側に開口を備えた磁性カバー体９が配され、さらに、この磁石７と磁性カバー体９の間に磁石７に接するように別途のＭＩ素子８Ａが配されたものであり、磁石７と磁性カバー体９、強磁性のバルク体５２、ＭＩ素子８および別途のＭＩ素子８Ａからクラック特定装置１０Ｅが構成されている。
図示するクラック特定装置１０Ｅは、磁界の大きさが温度依存性を有していることを勘案して、磁石７で生じる磁界の大きさをその近傍の別途のＭＩ素子８Ａで検出し、はんだ層５内に配されたＭＩ素子８によって検出された磁界の大きさを、別途のＭＩ素子８Ａで検出された磁界の大きさから割り出された温度に基づいて補正し、この補正後の磁界の大きさが以前（クラックが生じていない状態）の磁界の大きさから変化しているか否かを比較してクラック発生の有無を特定するものである。
ここで、図１１には、検出される磁束密度と温度の関係、すなわち、検出される磁束密度の温度依存性を本発明者等の実証に基づいてグラフで示している。
同図において、実施例１は図１で示すクラック特定装置１０の構成で磁石７がフェライトからなるもののであり、実施例２は同様にクラック特定装置１０の構成で磁石７が希土類磁石からなるもののであり、実施例３は図１０で示すクラック特定装置１０Ｅの構成で磁石７がフェライトからなるものである。また、１００℃における実施例３のＭＩ素子８Ａで検出された磁束密度を１に正規化し、他の磁束密度の値をこれとの比率で示している。
同図で示すように、半導体装置の使用温度域を図中で示す−４０℃〜１３０℃程度とした際に、検出される磁束密度は温度の上昇とともにリニアに減少する傾向にあることが特定されている。
そこで、検出される磁界の大きさをその温度依存性を考慮して適正に補正することで、実際にはんだ層にクラックが生じているか否かを精緻に特定することが可能となる。
そこで、たとえば、図１０ｂで示す制御フローに基づいて、ＭＩ素子８で検出された磁界の大きさ（磁束密度）を、磁石７近傍のＭＩ素子８Ａで検出された磁界の大きさから特定される温度によって補正するものである。
具体的には、磁石７近傍のＭＩ素子８Ａで磁束密度（測定値１）を測定し（ステップＳ１）、一方で、温度と磁束密度の相関マップや温度を考慮した磁束密度の補正値を図１１等の検証に基づいて作成しておく（ステップＳ２）。
測定値１を相関マップに照合して現在の温度を特定し（ステップＳ３）、一方で、はんだ層内に配されたＭＩ素子８で磁束密度（測定値２）を測定し（ステップＳ４）、測定値２を現在の温度を考慮した補正値として（ステップＳ５）、はんだ層のＭＩ素子位置における磁界の大きさを精緻に特定することができる。
そして、この補正後の磁界の大きさとそれまでの磁界の大きさを比較し、変化があればクラックが生じたものと特定するものである。
また、図１２は、検出される磁束密度と、検出部−発生部間の距離の関係を本発明者等の実証によって特定した図である。なお、同図において、実施例１〜３は図１１と同様である。
同図において、検出部−発生部間の距離が近接するにつれて磁束密度の検出感度は顕著に増大することが分かる。
しかし、この距離が１ｍｍよりも短くなってしまうと、検出感度が極めて高い一方で、発生部から生じた磁界が半導体素子の性能に影響を与えかねないことから、１ｍｍを検出部−発生部間の最短距離に設定して図示するクラック特定装置を構成させるのがよい。
このように、図示する本発明のクラック特定装置とこれを備えた半導体装置によれば、はんだ層にクラックが生じたことをリアルタイムでかつ精緻に特定することができる。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
Claims (10)
- 少なくとも半導体素子がはんだ層を介して被接続部材と接続されてなる半導体装置において、はんだ層にクラックが生じたか否かを特定する、クラック特定装置であって、
半導体装置を構成する部材に固定されて磁界を発生する発生部と、
はんだ層内に配されて磁界の大きさを検出する検出部と、からなり、
前記発生部で生じた磁界を前記検出部で検知するようになっており、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定するクラック特定装置。 - 少なくとも半導体素子がはんだ層を介して被接続部材と接続されてなる半導体装置において、はんだ層にクラックが生じたか否かを特定する、クラック特定装置であって、
はんだ層内で磁界を発生する強磁性金属からなる発生部と、
はんだ層内に配されて磁界の大きさを検出する検出部と、からなり、
前記発生部で生じた磁界を前記検出部で検知するようになっており、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定するクラック特定装置。 - 前記発生部が磁石からなる請求項１に記載のクラック特定装置。
- 前記半導体装置は、半導体素子から外部に延びるリードフレームを具備するものであり、
前記リードフレームにコイルを取り付けてこれを前記発生部とし、リードフレームに流れる電流の一部を前記コイルに通電させて磁界を生じさせるようになっている請求項１に記載のクラック特定装置。 - 前記強磁性金属がはんだ層内に分散している請求項２に記載のクラック特定装置。
- 前記強磁性金属がはんだ層内に埋設されてはんだ層の厚みを保持するバルク体である請求項２に記載のクラック特定装置。
- 前記強磁性金属が、ニッケル、鉄、コバルト、もしくはこれらの合金のうちのいずれか一種からなる請求項２または請求項２に従属する請求項５または６のいずれかに記載のクラック特定装置。
- 前記発生部の周囲に、前記検出部側に開口を備えた磁性カバー体が配されており、この磁性カバー体によって発生部で生じた磁界の大きさが増幅されて検出部に検出される請求項１〜７のいずれかに記載のクラック特定装置。
- 前記発生部の近傍に前記検出部と異なる別途の検出部が配され、
前記検出部と前記別途の検出部の双方で前記発生部で生じた磁界の大きさが検出されるようになっており、
温度依存性を有する磁界の大きさに関し、実際の磁界の大きさと、その際の温度と、この温度によって補正された磁界の大きさと、に関するデータが複数の温度と複数の磁界に対して特定されたマップをさらに有しており、
前記マップを参照して、前記別途の検出部で検出された磁界の大きさから現在の温度が特定され、前記検出部で検出された磁界の大きさを特定された温度と前記マップに基づいて前記補正された磁界の大きさとし、クラック発生前に検知されている磁界の大きさに対してこの補正された磁界の大きさが変化したことをもってはんだ層にクラックが生じたものと特定する請求項１〜８のいずれかに記載のクラック特定装置。 - 請求項１〜９に記載のクラック特定装置を備えた半導体装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2010/059734 WO2011155032A1 (ja) | 2010-06-09 | 2010-06-09 | クラック特定装置と半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP5223931B2 JP5223931B2 (ja) | 2013-06-26 |
| JPWO2011155032A1 true JPWO2011155032A1 (ja) | 2013-08-01 |
Family
ID=45097663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010547898A Expired - Fee Related JP5223931B2 (ja) | 2010-06-09 | 2010-06-09 | クラック特定装置と半導体装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8604781B2 (ja) |
| JP (1) | JP5223931B2 (ja) |
| WO (1) | WO2011155032A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10014237B2 (en) * | 2014-12-16 | 2018-07-03 | Kyocera Corporation | Circuit board having a heat dissipating sheet with varying metal grain size |
| US11099155B2 (en) * | 2016-04-04 | 2021-08-24 | King Abdullah University Of Science And Technology | Corrosion detection of nanowires by magnetic sensors |
| US10629504B2 (en) * | 2016-05-03 | 2020-04-21 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | Die edge crack and delamination detection |
| US10224301B2 (en) * | 2017-07-05 | 2019-03-05 | Advanced Semiconductor Engineering, Inc. | Semiconductor package device and method of manufacturing the same |
| CN113241502B (zh) * | 2021-04-13 | 2022-12-27 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种虚焊检测方法、虚焊检测装置及锂电池的制备方法 |
| CN113670704A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-19 | 山东精工电源科技有限公司 | 探测储能电池组点焊虚漏焊的方法及使用的探测装置 |
| CN115308116B (zh) * | 2022-08-18 | 2024-01-05 | 浙江天女集团制漆有限公司 | 一种新型高防腐彩板卷材涂料性能检测设备 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09148523A (ja) | 1995-11-21 | 1997-06-06 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP4097613B2 (ja) | 2004-03-09 | 2008-06-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
| JP2007040817A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 電力用半導体素子の異常検出装置 |
| JP2008140800A (ja) | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Meidensha Corp | プリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法及びプリント基板 |
| JP2009232261A (ja) | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Akebono Brake Ind Co Ltd | ホールｉｃ |
| JP4825235B2 (ja) | 2008-04-25 | 2011-11-30 | 三菱電機株式会社 | 接続異常検知装置およびその装置を用いた車載用電子機器 |
-
2010
- 2010-06-09 WO PCT/JP2010/059734 patent/WO2011155032A1/ja active Application Filing
- 2010-06-09 JP JP2010547898A patent/JP5223931B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-06-09 US US13/376,204 patent/US8604781B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011155032A1 (ja) | 2011-12-15 |
| US8604781B2 (en) | 2013-12-10 |
| US20130076347A1 (en) | 2013-03-28 |
| JP5223931B2 (ja) | 2013-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5223931B2 (ja) | クラック特定装置と半導体装置 | |
| KR101497025B1 (ko) | 코일 유닛 및 전자 기기 | |
| JP2004152789A (ja) | 電流検出装置 | |
| US10109335B2 (en) | Apparatus and method for controlling write current of magnetic memory based on temperature dependent coercive force | |
| US10502638B2 (en) | Temperature detecting device and electronic device | |
| US10495671B2 (en) | Current detection device | |
| JP6049948B2 (ja) | 磁気センサ装置及びその製造方法 | |
| US20220137100A1 (en) | Current sensing system | |
| US10884054B2 (en) | Detecting deterioration of an electrical circuit in an aggressive environment | |
| TW202243184A (zh) | 具有磁屏蔽層的裝置之製造方法 | |
| CN107305236A (zh) | 探针位置检查装置、半导体评价装置以及探针位置检查方法 | |
| JP2013242301A (ja) | 電流センサ | |
| JP6833101B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2005345446A (ja) | 電流センサおよび過電流保護装置 | |
| WO2014046246A1 (ja) | シャント抵抗式電流センサ | |
| US11211550B2 (en) | Magnetic memory devices with magnetic field sensing and shielding | |
| JP2004325363A (ja) | 実装済みプリント基板の検査方法およびプリント基板 | |
| US20210405093A1 (en) | Coreless contactless current measurement system | |
| JP2011253971A (ja) | 電子式制御装置及びその余寿命予測方法 | |
| JPWO2009044640A1 (ja) | 超音波センサ | |
| JP5230575B2 (ja) | 電流検出装置 | |
| JP2009088218A (ja) | 半導体装置 | |
| McLeish et al. | Ensuring Suitability of Cu Wire Bonded ICs for Automotive Applications | |
| JP2004354106A (ja) | 電流検出装置 | |
| JP2014239089A (ja) | 電子回路およびヒートシンク装着検出方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130212 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5223931 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160322 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |