車載用フォトカプラ － 高温時の 電気性能を高める ホワイトペーパー Leong Yik Loong, Roy Tan, Andy Poh はじめに AEC-Q100 電 気自動 車 や ハイブリッド車 の 登 場 によって、自動 車への電子部品の採用が加速されています。ボンネ ット内 の 部 品 の 周 囲 温 度 は + 1 0 5 ℃ 以 上 に 達しま す。一般的な半導体製品でも最高動作温度+125℃ に対 応 するものもありますが、それらが 必 ずしも車 載 用 途 に 適しているとは いえませ ん 。そこで 、我々 は 、高 温 電 気 性 能 を 高 め た 車 載 用グレ ード のフォ トカプ ラを 開 発しまし た 。アバ ゴ・テクノロ ジ ー の 車 載 用フォトカプラR 2 C o u p l e r T M シリーズ は 、車 載 用 途 に 要 求される厳しい 基 準 を 満 た すように 設 計され たもので す。 A E C - Q 1 0 0 は、動 作 温 度 範 囲 別、或 い は パッケージ の 種 類 別 (プラスチックまた は ハ ーメチック) に 、広 範 囲 に わ たる信 頼 性 試 験 の 手 順 を 示しています。 この 基 準 で は 、各 ストレ ス 試 験 に 必 要 な サンプ ル 数 を、そ の ばらつ きも含 めて規 定しています。認 証 試 験グ ル ープ は 、図 1 に 概 要 を 示したように 、電 気 的 試 験 を 行う前 にアセンブリや パッケージング に 関 する パ ラメ ータを 確 認し な け れ ば なりま せ ん 。 そ の 後 、車 載 用 集 積 回 路 の 信 頼 性 を 確 認 する様々 な 電 気 的ストレス、環 境 的ストレス、さらに 機 械 的 ストレス試 験を実 施します。 車載用部品は、他の装置と同じように、ある一定の仕様 または規格を満たさなければなりません。 よく知られた 自動車用部品に対する技術仕様には、国際標準化機構 (ISO)と共に、国際自動車タスクフォース(IATF)によって 制定されたISO/TS 16949 [1] 品質管理システムがあり ます。また、米国車載用電子部品評議会のAEC-Q100 規 格 [ 2 ] は、車 載 用 集 積 回 路 の 故 障メカニズ ムに 基 づ い たストレス 信 頼 性 試 験 のガイドラインを 提 供 しています。 最 初 に行 なわ れる試 験グル ープ Dで は、ウェーハ 製 造プロセスの 信 頼 性と設 計 ル ールを評 価します。こ れらの試験は、一般にウェーハ製造者によって行な われ 、エレクトロマイグレーションやホットキャリヤ 注入などの重要なデータを監視することにより信頼 性を評 価します。試 験グル ープ C は、アセンブリとパ ッケージ に 関 するもの で 、ワイヤ 引っ張り試 験 、物 理 寸 法 検 査、および 半 田 耐 熱 試 験 などにより、パッ ケージ 構 造 の 堅 牢さを評 価します。 チップ設計 試験グループD 試験グループE ウェーハ製造工程 ウェーハ製造工程 の信頼性 特性分布評価 パッケージ・アセンブリ 試験グループC アセンブリお よびパッケージ の堅牢性 外観検査 試験グループF 欠陥スクリーニング (バーンインなど) 統計的解析 機能/パラメータの電気的検証 試験グループA 試験グループB 試験グループG 過酷な環境条件 下での信頼性を 評価する加速環境 ストレス試験 信頼性を評価す る加速寿命試験 中空型パッケー ジの完全性試験 （ハーメチック・ パッケージのみ） 図1．AEC-Q100認定グループ 試 験グル ープ E および F は、部 品 の 性 能を統 計 的 分 布と電 気 特 性 の 面 から評 価します。試 験グル ープ G は、中空型パッケージの完全性を評価する試験とし て分類され 、ハーメチック部品専用の特別な試験と して推 奨されており、プラスチック樹 脂 封 止され た R 2 C o u p l e r に は 適 用されません 。 試 験グ ル ープ B は 、加 速 寿 命 試 験 により信 頼 性 を 評 価します。試 験グ ル ープ B の 共 通 試 験 は 、高 温 動 作 寿 命 試 験で あり、部 品 は 実 際 の 使 用 環 境 下で 生 じる 可 能 性 の ある 故 障 モ ード を 洗 い 出 す た め 、所 定 の 時 間、高 温 下で バイアスされます。R 2 C o u p l e r で は、L E Dと受 光 I Cをともに 適 切 に 評 価 することが で きるように バ イアス 条 件 を 慎 重 に 検 討していま す。R 2 C o u p l e r に 使 用 さ れ て いる L E D は 、温 度 お よび 電 流ストレス による光 出 力 の 低 下 を 最 低 限 に 抑え、長 動 作 寿 命 を 保 証 する た め 、高 い 接 合 温 度 にも耐えるように 設 計されています。パッケージも ま た 、各 チップ からの 放 熱 を 効 果 的 に 行 なうよう に 設 計されています。 信 頼 性 認 定プロセスの 最 後 に、製 造 業 者 は、設 計、 構 造 および 信 頼 性 試 験 の 証 明 書を顧 客 に提 出 する た め に 作 成します。 AEC-Q100には新製品に対する評価手順に加え、既 存 製 品 の 変 更 に対 する評 価 手 順も規 定されていま す。これ により、予 測される品 質 および 信 頼 性 に 関 する懸 念 点 は 、変 更 が 顧 客 に 通 知 され 実 施 される 前 に、信 頼 性 試 験 の 中で 検 証されます。 ISO/TS16949 A E C - Q 1 0 0 は、車 用 途 向 けの 高 品 質 部 品 の 一 貫 生 産 を 保 証 する 品 質 管 理 システムで は なく、製 品 の 堅 牢 性 に 対 する確 証 を 提 供 するもの で す。品 質 規 格 I S O / T S 1 6 9 4 9 は、特 に自動 車 産 業 に お いて、こ の ギャップ に 対 処 する手 助 けとなります。 試 験グル ープ A は、温 度 サイクル 試 験 やプレッシャ クッカ試験などの種々の加速環境ストレス試験によ り、きわめて過酷な温度や湿度環境下での信頼性を 評価します。一般的なモノリシックICよりも多くの部 品 質 管 理 基 準 I S O 9 0 0 0 [ 3 ] は 、産 業 界 で 広く受 け 品から成り、組立工程が複雑なフォトカプラは、この 入 れられていますが、品 質 技 術 規 格 I S O / T S 1 6 9 4 9 グループの試験に適合するために、多くの技術的課 は、自動 車 産 業で 必 要とされる付 加 要 件を含 み、車 題に取り組まなければなりません。R 2 Couplersは、 載 用 途 に固 有 の 要 求 事 項を品 質 管 理システムに組 み 込んで います。車 載 用フォトカプラの 製 造ライン 重 要 な 機 能を持 つチップ 上 の 端 子を二 重 の ボンデ へ の I S O / T S 1 6 9 4 9 規 格 認 証 により、継 続 的 な 改 善 ィングワイヤ( 図 2を参 照 )で 強 化 する冗 長 構 造を導 入し、そのような過酷な状態下でのパッケージの堅 の 実 施、不 良 予 防 対 策 の 強 化、製 造 ばらつきとサプ ライ・チェーンでの無駄の排除を確実にする品質管 牢 性と信 頼 性を改 善しています。 理システムが導入され、顧客中心で顧客の新たな要 求 にも対 応 可 能 なシステムとなります。 I S O / T S 1 6 9 4 9 には 5 つ の 技 術 基 準 ハンドブックが あります。これらは、コアとなる3つのツール；潜在的 故 障モード解 析 ( F M E A [ 4 ] )、統 計 的 工 程 管 理 ( S P C ) 、測定システム解析(MSA)および、2つの技術ハンド ブック；先行製品品質計画 (APQP[5])、製造部品承 認プロセス( P P A P [ 6 ] ) が 含まれます。 図2. 二重のボンディングワイヤによる強化構造 車 載 シス テム 顧 客 が 要 求 する 提 出レ ベ ル により、 新 製 品 、製 品 変 更 、また は 既 存 の 部 品 の 改 善 の 都 度 P P A P 書 類 の 作 成 が 必 要とされる 場 合 が ありま す。P P A P 書 類 が 完 成 すると、要 件 を 満 たして いる かどうか の 確 認 の た め 必 要 に 応じて顧 客 に 提 出さ れます。 R 2 C o u p l e r は、車 載 用 途と高 温 産 業 用 途で 不 可 欠 以上に述べたような広範で詳細な書類作成の他、車載 な 安 全 な 信 号 分 離 を 提 供 するた め 、強 化され た 絶 システム顧客に対しては、他の産業よりも厳しい要求に 縁 性と信 頼 性を重 視しています。A E C - Q 1 0 0 に は、 対応しなければならない場合があります。次に、アバゴ 絶 縁 性 能 の 信 頼 性 に関 する評 価 方 法 が 規 定されて の車載グレード・フォトカプラが、そのような管理的要求 いません。フォトカプラは、長年にわたり高電圧の絶 にどのように対応しているかについて例を挙げて示し 縁に使用されてきており、経験を積んだ専門メーカ ます。 が、絶縁層と構造の完全性と信頼性を評価するのに 適した 試 験を開 発してきました 。R 2 C o u p l e r は、絶 縁 耐 電 圧、過 渡 絶 縁 過 電 圧、作 動 絶 縁 電 圧、パッケ ージ 外 部 沿 面 および 空 間 距 離 に 関して定 義され た 高電圧絶縁安全基準と共に、UL1577、CSA Notice 5、IE C 6 0 7 4 7 - 5 - 2また は I E C 6 0 7 4 7 - 5 - 5 などの 特 にフォトカプラの 安 全 基 準 に 適 合しています。 2 1. 製造記録保存期間の長期化 まとめ 車 載 用 部 品 に 対しては、最 低 1 0 年 の 製 造 記 録 の 保 存 が 要 求されます。この 要 求 に対し、製 造 記 録 の 長 期保存のみならず、必要に応じて関連情報もより迅 速 に 取り出 すことができるよう、総 合 的 なデ ータベ ースを車 載 用フォトカプラに 用 意しました 。 アバゴ の 産 業 用フォトカプラと車 載 用フォトカプラ R 2 C o u p l e r の 主 な 違 い は 表 1 のように なっており、 より広 範 な 信 頼 性 試 験 基 準 ( A E C - Q 1 0 0 )と品 質 管 理システム( I S O / T 1 6 9 4 9 ) へ の 対 応 が 求 められる 自 動 車 部 品 へ の 要 求 を 反 映しています。絶 縁 部 品 であるフォトカプラは、A E C - Q 1 0 0で 規 定されてい るよりも高 い負荷 に耐えな けれ ば ならず、また 独 特 な構造と組立てプロセスで出来ているため、アバゴ で は 一 貫した 高 品 質を維 持 するた め 品 質システム に 特 に 重 点を置 いています。 2. ロット・トレーサビリティーの強化 万 が 一 品 質また は 信 頼 性 問 題 が 生じた 場 合 、影 響 の あるロットを 絞り込 む た め 、個々の 車 載 用フォト カプラに 印 字され た 固 有 の 拡 張 デ ートコード によ って問 題 が ある製 品 の 製 造 ロット履 歴 を 素 早く追 跡することができます。LEDおよびICウェーハ、使用 原材料のバッチなどの重要な情報を、個々の製品の 拡 張デ ートコードから手 繰り出 すことができます。 参考文献 [1] ISO/TS 16949:2002 Technical Speciation (2nd Ed) [2] AEC-Q100 Rev G [3] ISO 9001:2000 (3rd Edition) [4] FMEA Reference Manual (4th Edition) [5] APQP Reference Manual (2nd Edition) [6] PPAP Reference Manual (4th Edition) 表1. 産業用フォトカプラと車載用フォトカプラの比較 R2Coupler 動作温度範囲 使用部品 重要部ワイヤボンド 信頼性認定計画 信頼性試験サンプル数 信頼性試験グループ 品質管理 組み立てライン PPAP 製造記録保存期間 ロット追跡 産業用フォトカプラ 産業用高温度対応 ACPL-xxxU 車載用 ACPL-xxxV/xxxT -40°C ≤ TA ≤ +105°C -40°C ≤ TA ≤ +125°C -40°C ≤ TA ≤ +125°C 産業用 産業用 車載用 シングルワイヤ ダブルワイヤ ダブルワイヤ JEDEC47 JEDEC47 AEC-Q100 標準25個×3ロット (JEDECによる) 標準25個×3ロット (JEDECによる) 標準77個×3ロット (AEC-Q100による) JEDEC47による JEDEC47による AEC-Q100による ISO 9001 ISO 9001 ISO/TS 16949 ISO認証ライン ISO認証ライン TS認証ライン 非対応 非対応 顧客要求により対応 標準10年以下 標準10年以下 標準10年以上 通常のデートコード・マーキング 通常のデートコード・マーキング 拡張デートコード・マーキング For product information and a complete list of distributors, please go to our web site: www.avagotech.com Avago, Avago Technologes, the A logo, R2Coupler are trademarks of Avago Technologies in the United States and other countries. 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