📘 Appendix 2.5：パッケージ信頼性と実装課題
Appendix 2.5: Reliability and Implementation Challenges in Advanced Packaging
📌 概要 / Overview
本資料では、先端パッケージ（2.5D / 3D / チップレット）における代表的な信頼性課題と実装上の設計リスクを体系的に整理します。
This appendix provides a structured overview of reliability risks and implementation-level challenges in 2.5D, 3D, and chiplet-based advanced packaging.
🔧 主な信頼性課題と劣化要因
Key Reliability Issues and Degradation Mechanisms
| 🧱 課題 / Issue | 🔍 原因・メカニズム / Cause & Mechanism | 📍 発生箇所 / Location |
|---|---|---|
| 熱疲労 Thermal Fatigue |
温度サイクルによる膨張・収縮 Thermal expansion/contraction from cycling |
はんだ接合部、UBM層 Solder joints, UBM |
| はんだクラック Solder Cracking |
繰返し応力、CTE差 Cyclic stress, CTE mismatch |
μ-bump, C4接合部 μ-bump, C4 joints |
| 接着界面剥離 Delamination |
湿気侵入、材料間CTE差 Moisture ingress, CTE mismatch |
Mold / PI界面など Interfaces (Mold/PI) |
| TSV周辺ひずみ TSV-Induced Stress |
加工応力やTSV密集 Process-induced strain or density |
TSV周辺Si TSV-adjacent silicon |
| ボイド形成 Void Formation |
Cu充填不良、界面拡散 Cu fill issues, diffusion |
バンプ・TSV内部 Bump/TSV interior |
| 腐食 Corrosion |
湿度 + 電位差 Humidity + electrochemical difference |
Cu露出部、UBM層 Exposed Cu, UBM layer |
🧪 信頼性評価試験の例
Examples of Reliability Evaluation Tests
| 🧪 試験名 / Test | 🧭 内容 / Description | 🎯 目的 / Purpose |
|---|---|---|
| TCT (Thermal Cycling Test) |
-55°C～+125°C間の繰返し試験 Repeated thermal cycles |
熱疲労クラック評価 Crack resistance |
| HAST (Highly Accelerated Stress Test) |
高温高湿下に電圧印加 130°C / 85% RH + bias |
腐食・絶縁劣化評価 Corrosion & insulation failure |
| μ-TCT | 微細構造向け短時間熱サイクル Mini-cycle test for small structures |
μ-bump / TSV劣化評価 Fine structure reliability |
| Drop Test | 衝撃による故障評価 Drop from height |
モバイル機器向け耐衝撃性 Shock tolerance for mobile |
| WLCSP Reliability | 湿度・熱・応力複合評価 Combined humidity, temp, stress |
WLP / Fan-Outパッケージ評価 WLP/Fan-Out specific risk check |
🏗️ 実装上の設計課題
Implementation-Level Design Challenges
| 🎯 観点 / Aspect | ⚠️ 課題 / Challenge |
|---|---|
| 熱設計 Thermal Design |
発熱源密集による熱集中管理 Thermal hotspot control |
| 電源/GND設計 Power/GND Integrity |
IRドロップ、グランドバウンス発生 IR drop, ground bounce |
| テスト性 Testability |
内部ダイへのテストアクセス困難 Limited access to stacked dies |
| 配線タイミング Signal Timing |
マルチダイ間のスキュー／遅延制御 Inter-die skew/delay tuning |
| 製造ばらつき Manufacturing Variations |
μ-bump高さ・位置ズレ補償設計 Bump height/alignment tolerance |
📌 まとめ / Summary
先端パッケージでは、性能・密度・信頼性のトレードオフが複雑化しています。
Advanced packaging presents intricate trade-offs between performance, integration density, and long-term reliability.
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🧩 構造シミュレーション（FEA）や熱-応力-電気の連成解析が不可欠
Coupled FEA (thermal/electrical/mechanical) becomes essential -
🔧 実装成功には設計初期段階でのリスク評価と構造配慮が鍵
Early-stage design must consider reliability and failure modes proactively