別紙42 (課程博士(和文))2022年

電気・電子情報工学専攻

学籍番号第 143275 号

7日

穂積直裕
指導教員

松井拓人

氏名

1月

滝川浩史
村上義信

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

半導体デバイスの開封前に適用可能な超音波加熱を利用した故障箇所絞込み技術(要旨 1,200字程度)
半導体デバイスのチップ部に対する故障箇所の絞込みには,封止樹脂の開封作業が必要となる
しかし,封止樹脂の開封は故障の再現陛の悪化を招く恐れがある.樹脂の開封前に故障箇所を把握可能な既存手法として,磁場や発熱を利用し半導体デバイスの電流経路を観察する手法が提案されている.既存手法よりも高い空間分解能での観察のため,本論文は超音波加熱を利用した手法を提案する.提案手法の信号と超音波加熱の関係に対する波動の伝搬に基づいた検証を目的とし,三つの論点において,本論文の第4章から第6章で議論した
本論文の第1章には,研究の目的と全体の構成をまとめている.第2章と第3章には,研究背景および提案手法の原理ど則定系についてまとめている
本論文のーつ目の論点として,第4章では,超音波加熱を利用する提案手法により電流経路を観察可能か議論した.一般に,超音波のZH則技術に関する研究報告には,提案手法のように超音波加熱を電流経路の観察に利用する例はほとんどみられない.第4章では,実験と計算より,提案手法の信号が超音波加熱に起因していることを示し,電流経路が提案手法により観察可能なことを明らかにした

二つ目の論点として,第5章では,提案手法により封止樹脂の開封前に半導体デバイスの電流経路を観察可能か議論した.実験より,封止樹脂を介しても提案手法を用いて電流経路の観察が可能なことを示した.実験と計算より,超音波の周波数には封止樹脂の厚さに対し共振に起因する最適値があり,周波数の最適値は反射波の周波数成分から推定可能なことを示した.提案手法による半導体デバイスの故障箇所の絞込みにおいて,推定した最適値で故障箇所をより明瞭に観察可能なことを明らかにした.加えて,商用の半導体デバイスでの故障箇所絞込みへの提案手法の適用例を示した
三つ目の論点として,第6章では,積層構造を有する半導体デバイスへの適用に関して議論した

半導体デバイスは,従来のチップを多段に積層させる構造が主流となりつつぁる.第6章では,提案手法の積層構造への適用に関する基礎検討を実施し,積層構造で生じる超音波の共振を利用して提案手法の信号強度を向上可能なことを示した.加えて,振動子と試料の間の距離の調整により積層構造の厚さ方向への選択的な観察の可能性を示唆した
第7章には,本論文の結論をまとめている.本論文では,提案手法の信号が超音波加熱に起因していることを明らかにし,半導体デバイスでの超音波の伝搬を考慮した適切な測定条件の選択により,測定系を変更せず提案手法の信号強度の向上が可能なことを示した.本論文で議論した提案手法の信号強度と超音波加熱との関係は,提案手法の実用化の検討における理論的な考察の基礎として寄与する.将来的に,提案手法と既存手法との相補的な運用が可能となれぱ,本論文の提案手法は半導体デバイスのより円滑な故障解析に貢献しうるものと期待できる別紙4

1 (課程博士(英文))Date of submission (month day, year)
Depadmentof
Electrical and Electronicin血rmation en ineerin

Pplicanl's namc

StudcntlD Number

D143275

1,7th 2022
Naohiro Hozumi

Supervisors

Takuto Matsui

HirofumiTakikawa
Yoshinobu Murakami

Abstract (Doctor)
Fault Location Teclmique using ultrasonic Heating

Title ofThesis

Applicable to semiconductor Devices priorto Decapsulation

Approx.800 、Nords
The decapsulation ofmold resin is an important step in fault location process ofsemiconductor devices' chjps.
HO、Never,the decapsulation may lead to a deterioration offaults' reproducibility. For a rough faultlocation ofthe
devices prior to the decapsulation, conventional methods of using magnetic field or heat generation have been
Proposed to observe current paths of semiconductor devices. This thesis proposes a method of using ultrasonicheating in order t010cate faults 、Nith higher spatial resolution than the conventional ones.1n chapter 4 t060fthis
thesis, three topics were discussed to study the effect ofultrasonic heating on t11e signal oft11e proposed methodfrom the viewpoint based on the propagation ofultrasonic 、vave.
Chapter l ofthis thesis summarizes the objective and overvie、¥ ofthis study. chapterS 2 explains the researchbackgl'ound. chapter 3 describes the principle and measurelnent system ofthe proposed method.
As the arsttopic, the study ofchapter 4 discussed the possibility ofcurrent path observation with the proposed
method of using U1廿asonic heating.1n common reports on measurementtechniques 、viⅡI U1廿asonic wave, there
are almost no exalnples which make use ofultrasonic heating for obseNation of current paths as in the proposed
method.1n chapter 4, it was examined that the current paths can be visualized by using the proposed method.
The results of experiment and calculation sho、ved 小at ultrasonic heating causes the signal of the proposed
Inethod, and they also sho、ved thatthe proposed method is able to visualize the cunent paths.
As ule second topic, the study of chapter 5 discussed the observation of current paths by using
Ultrasonic heating through mold resin.1n chapter 5, an experiment showed that current paths can beVisualized by using the proposed method with ultrasonic heating through mold resin. From a discussion onresonance of ultrasonic 、vave, results of experiments and calculations S110wed that the proposed method
has an optimal frequency of ultrasonic wave on mold resin thickness. The optimum frequency wasestimated from the frequency components of reaected waves. A fault of a practical semiconductor device、vas clearly located with the estimated optima1 介equency by using the proposed method. Additiona11y, theProposed method 、vas appHed to some cases of practical fault location.
As the 小ird topic, the study of chapter 6 discussed the appHcation of the proposed method toSemiconductor devices 、vith multilayered structure. The semiconductor devices are in a trend that they
have a multilayered structure 、vith stack of conventional chゆS.1n chapter 6, a fundamental study 、vas
Carried out to examine that the proposed method can be applied to the semiconductor devices having
multilayered structure. An experimental resuH suggested that the signalintensity of the proposed method
Can be ilnproved by appl'opriately tuning the frequency of ultrasonic wave based on the resonance in themultilayered structure. Further consideration suggested that the proposed method has a possibility of
Selective observation of chips on the depth direction of multilayered structure by adjusting the distance
between the transducer and sample.

Chapter 7 Concluded this thesis. This thesis sho、Ned that the signal of the proposed method is caused byUHrasonic heating. By appropriately choosing the condition ofultrasonic heating based on the propagation
Of ultrasonic 、Nave in semiconductor devices, the signalintensity of proposed method can be improved
Without any changes on the measurement system of proposed method. The discusslon of the effect ofUltrasonic heating on the signalintensity wi11、vork as a theoretical basis for the implementation of theProposed method in practical use.1f it is possible to use the proposed method with the conventional onesComplementary, the proposed method 、viⅡ Contribute to the smooth failure analysis of semiconductor
devices in ule future.