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パワーデバイス  書籍

No.1670

 
高温・低温・湿度・振動・衝撃・電圧・充電、
        様々な影響因子の 『正確で』・『効率的な』試験ノウハウを収録!!
バッテリー/パワーデバイス/モジュールの
信頼性加速試験と故障予測
発 刊 2012年4月27日   体 裁 B5判 301頁   定 価 80,000(税抜)

■ 本書のポイント(こんな疑問、問題点に迫ります)

▽▽▽信頼性加速試験の正確性・短期化へ向けた効率の良い進め方

・電子部品メーカにおけるスクリーニング条件、市場で顕在化する故障メカニズムを解説
・寿命予測の為の屋外暴露試験と促進耐候性試験の方法と考え方
・電圧・温度・湿度等の故障モードの原因となるストレス条件を加速した効率の良い試験法
・ストレスの強さの上限を限界寿命試験でいかに見極めるか


▽▽▽コンデンサの失敗事例と信頼性加速試験

・積層セラミックコンデンサの信頼性加速試験と絶縁抵抗劣化メカニズム
・ コンデンサの液漏れ、焼損、熱問題、クラック、マイグレーション、逆付け、
                                      失敗事例と防止策を解説
・メーカでの信頼性試験、コンデンサの選定方法を解説


▽▽▽HEV/EV用パワーモジュール・パワートレインの耐久性評価・実装信頼性

・電気自動車パワートレインの耐久性評価・試験法
・パワーモジュールの試験・評価と故障確率の推定
・使用温度によって異なる接合材料とその評価方法
・SiC高耐熱モジュールの高耐熱実装と信頼性評価


▽▽▽リチウムイオン二次電池の性能評価・試験法の考え方

・LIBをどのように評価すれば性能的に優劣を見分けることが出来るのか
・メーカーが出荷前にチェックする項目とユーザーの目で見た要求項目
・リチウム二次電池の事故から学ぶ事故原因と機器の対策
・リチウム電池の発火の要因と対策、保護回路、セルバランス
・電気容量、低温特性、負荷特性、急速充電性能、
            サイクル特性、高温保存、自己放電、安全性と評価・試験法の考え方


▽▽▽太陽電池モジュールの不具合解析結果と長寿命化への信頼性試験

・市場の実態、太陽電池モジュールの劣化モードと劣化速度
・発電セル部分の防水としてのケーシング技術 
・新品・経年劣化単結晶モジュールのEVA解析
・太陽電池モジュールに使用される素材の耐久性とその評価指標


▽▽▽照明用LEDの信頼性試験と評価パラメータ

・適切な試験条件と故障モード、メカニズムの考え方 
・光束維持寿命の評価法、磨耗故障による故障率の考え方
・故障率評価のためのばらつき分布データの考え方
・LED加速寿命試験の留意点と寿命試験の失敗例

■ 執筆者【敬称略】
パナソニック(株) 本山 晃
三菱電機(株) 松岡 敏成
(株)スガ試験機 渡辺 真
(株)デンソー 本田 陽広
(株)東芝 セミコンダクター&ストレージ社 若井 伸之
TDK(株) 野村 武史
元 レノボ・ジャパン(株) 村田 憲司
住友金属テクノロジー(株) 岸本 芳久
住友金属テクノロジー(株) 戸倉 茂
(株)安川電機 石田 雄二
日産自動車(株) 堀江 秀嗣
日産自動車(株) 山際 正憲
(株)デンソー 篠田 卓也
(株)東芝 セミコンダクター&ストレージ社 瀬戸 屋孝
泉化研(株) 菅原 秀一
リチウムイオン電池技術アドバイザー  元ソニー(株) 中島 薫
セイコー インスツル(株) 平山 良彦
日清紡メカトロニクス(株) 前田 修二
岐阜大学 阪本 貞夫
(株)テクノローグ 金森 周一
■ 目 次 

◆ 第1章 信頼性加速試験の正確性・短期化へ向けた効率の良い進め方

第1節 信頼性加速試験による寿命予測の考え方

 1.信頼性加速試験による寿命予測の考え方
  1.1 信頼性試験の概要
   1.1.1 最近の市場故障とその発生原因
   1.1.2 信頼性試験とその目的
   1.1.3 信頼性評価の考え方
 1.2 市場故障寿命の予測の仕方
   1.2.1 信頼性用語の定義
   1.2.2 市場故障の数と時間との関係
   1.2.3 劣化加速モデル
   1.2.4 温度による劣化加速モデルと寿命予測
   1.2.5 湿度による劣化加速モデルと寿命予測

第2節 電子部品の寿命分布と初期故障率の推定

 1 電子部品の寿命分布
  1.1 バスタブカーブ     
  1.2 検査と寿命分布
  1.3 初期故障の寿命分布
2 信頼性試験結果に基く検査規格の調整
  2.1 計量抜取信頼性試験
  2.2 特性劣化量の推定と検査規格
3 市場出荷までのストレス履歴
  3.1 電子部品メーカにおけるスクリーニング条件
  3.2 スクリーニング条件の実動作換算
  3.3 機器実装工程のストレス
  3.4 機器出荷後のストレス
4 初期故障の寿命分布と市場故障確率の予測
  4.1 工程データの累積ハザード解析
  4.2 検査実績の累積ハザード解析
  4.3 各工程の故障確率推定
5 評価結果の工程品質管理基準への反映
  5.1 電子部品の品質改善方法
  5.2 目標品質と推定故障確率の比較
  5.3 検査実績に対する管理基準の設定
  5.4 工程管理のための検査規格の絞込み

第3節 寿命予測の為の屋外暴露試験と
                    促進耐候性試験の方法と考え方

 1.材料・製品の劣化因子と促進耐候性試験
  1.1.太陽光―人工光源 
  1.2.外気温度・湿度変化―温度・湿度制御 
  1.3.雨―降雨スプレ
 2.寿命予測する道具
  2.1.屋外暴露試験で知ること
   (1)太陽光
   (2)屋外暴露方法と暴露試験の種類 屋外暴露試験方法の規格
   (3)屋外暴露試験装置の種類     
   (4)暴露地により劣化は違う
 3.促進耐候性試験に使われる光源
   (1)キセノンアークランプ 
   (2)メタルハライドランプ(メタリングランプ)
 4.耐候試験の試験片の温度
 5.黒色PC板の各種促進耐候性試験機による評価
 6.光源の分光エネルギーと促進劣化  7.温度による影響の確認

第4節 不具合を無くす設計と設計審査の考え方

 1.一般的な製品設計手順と課題
  1.1 心配点に気づくための道具作り
  1.2 主な道具の使い方
   1.2.1 FMEA辞書
   (1)「FMEA辞書画面」  
   (2)「チェックシート作成画面」
   (3)「不具合事例画面」  
   1.2.2キーワード集   
   1.2.3 マクロFMEA作成シート
 2.不具合未然防止の道具の開発
  2.1  実施計画  
  2.心配点に気づく道具を活用した FMEAチーム活動(PQDR)
   2.1  人材育成とマネジメント技術の改善
    2.1.1 伝承技術(基盤技術)
    2.1.2 抜け・漏れのないストレスの把握
    2.1.3 仕事の振り返り
   2.2 仕組みの改善
   2.2.1 成立性DR   
   2.2.2 伝承DR
 3.3 仕組みを継続的に実施するための節目管理
 3.4 このような取組みができた理由
 4.気付きを支える管理や仕組み


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◆ 第2章 各種電子デバイス・モジュールの適切な試験条件・信頼性加速試験法・故障解析事例


第1節 半導体デバイスの信頼性加速試験:
         故障モードとメカニズム、寿命予測の考え方

 1.半導体デバイスの代表的な故障モード:ゲート酸化膜
  1-1.酸化膜破壊    
  1-2.不揮発性メモリの故障モード
  1-3.半導体デバイスの代表的な故障モード:MOSトランジスタ
 2.半導体デバイスの代表的な故障モード:メタル配線
  2-1.エレクトロマイグレーション
  2-2.Cu 配線のエレクトロマイグレーション
  2-3.ストレスマイグレーション    
  2.4 ソフトエラー
 3. 半導体デバイスの代表的な故障モード:アセンブリプロセス起因
  3-1.ボンディング接合性
  3-2.表面実装型デバイスのはんだ付けストレスによるパッケージクラック
  3-3.外装めっき  
  3-4.イオンマイグレーション
  3-5.Al 配線の腐食  
  3-6.Al スライド

第2節 積層セラミックコンデンサの信頼性加速試験

  1.積層セラミックコンデンサの製造方法
  2.信頼性試験       
  3.絶縁抵抗劣化メカニズム
  4.静電容量エージングメカニズム


第3節 コンデンサの失敗事例と信頼性試験 
            〜発煙・発火事故を防ぐコンデンサの選定方法について〜

 1 コンデンサを使う側から見た特徴
  1.1 種類と材料特性      
  1.2 極性と逆付けの可能性
  1.3 定格電圧とディレーティング
  1.4 リーク電流と等価直列抵抗(ESR)
  1.5 温度特性と電圧特性   
  1.6 ケースサイズ
  1.7 保管条件と保管期間
 2.コンデンサの失敗例
  2.1 コンデンサ起因のリコール
  2.2 アルミ電解コンデンサの液漏れ
  2.3 タンタル電解コンデンサの焼損
  2.4 導電性高分子コンデンサの熱問題
  2.5 積層セラミックコンデンサのクラック
  2.6 積層セラミックコンデンサのマイグレーション
  2.7 電解コンデンサの逆付け
 3.コンデンサの信頼性試験
  3.1 信頼性試験の準備・実施 
  3.2 信頼性モデルと経験則
  3.3 信頼性試験回路       
  3.4 故障解析
  3.5 メーカでの信頼性試験   
  3.6 コンデンサの比較試験
 4.コンデンサとの付き合い方
  4.1 コンデンサの事故防止策  
  4.2 コンデンサの選定方法
  4.3 コンデンサの信頼性とその影響


第4節 はんだ実装部品の信頼性評価および解析技術

 1 はんだ実装における要素技術
  1.1 材料技術       
  1.2 表面処理技術
  1.3 プロセス技術    
  1.4 評価・解析技術
 2 鉛フリーはんだ実装における評価技術
  2.1 はんだ濡れ性試験   
  2.2 接合強度試験
  2.3 接合部解析       
  2.4 信頼性試験
 3 鉛フリー実装における解析例
  3.1 鉛フリーはんだと共晶はんだ実装における破壊モード
  3.2 実装形態とはんだ物性が信頼性に及ぼす影響
  3.3 基材との濡れ
  3.4 ブローホール、はんだ上がり不良
  3.5 ランド剥離
  3.6 BGAの評価例


第5節 多変量データを利用したパワーモジュールの故障確率推定方法

 1. 推定方法
 2. 推定手順
  2.1 単位空間と信号データの定義
  2.2 信号データの規準化
  2.3 信号データの比例定数とSN比の計算
  2.4 故障確率の総合推定値の計算    
  2.5 項目選択
 3. 結果および考察


第6節 電気自動車パワートレインの耐久性評価・試験法

1.ねらい
 1.1 着目する負荷,部位の選定
 1.2 パワーモジュールの故障メカニズム
 1.3 パワーモジュールに入る温度サイクル負荷の特徴
 1.4 開発目標の設定
 1.5 評価手法の開発と実施.
  1.5.1 実車耐久試験走行パタン 
   1.5.2 実車耐久試験期間
2.実施概要


第7節 車載パワーモジュールの技術動向と
          高耐熱実装の実現に向けた信頼性評価

 1.車載パワーモジュール
  1.1 近年の開発動向       
  1.2 今後の設計課題
 2 SiC高耐熱モジュールの課題
  2.1 高温化への期待と技術課題
  2.2 はんだ代替技術とその問題点
 3.高耐熱実装構造の信頼性評価
  3.1 応力緩和の評価      
  3.2 実装部の寿命予測
  3.3 高耐熱薄膜接合層の強度評価


第8節 車載用プリント基板の耐熱技術への熱シミュレーションと統計分析手法

 1. ECUの概要
  1.1 小型化による放熱技術の必要性
  1.2 エンジンの高性能化による放熱技術の必要性
  1.3  ECUの内部構成
 2. 背景と放熱設計構築のポイント
 3. 放熱対策の整理
  3.1 回路部  
    3.1.1 素子 
    3.1.2 プリント基板 
    3.1.3 コネクタ
    3.1.4 放熱材
 4. 熱シミュレーションの概要
  4.1 熱シミュレーション導入の課題 
  4.2 ECUの製品設計が多岐分野にわたる
 5. シミュレーションモデルの極意
  5.1 接触部分の熱抵抗  
    5.1.1 接触熱抵抗の存在
    5.1.2接触熱抵抗を少なくするには
    5.1.3 シミュレーションにおける接触熱抵抗値
  5.2 入力物性値のコツ 5.3 配線パターンのモデル化
   ・機械系3D CADによる解析モデル化   
   ・モデル別での検証
   5.4 電子の電力測定      
   5.5 素子モデルの使い分け
   5.6 素子のフィルタリング   
   5.7 3D筐体モデル簡略化
 6. 熱シミュレーションと統計分析による最適設計
  6.1 最適設計  
  6.2  特性要因図  
  6.3 要因の絞込み
  6.4 シミュレーションによる多元配置実験
  6.5 直交表実験による寄与率算出 
  6.6熱シミュレーションと実験の整合性確認
 7. 最適化手法
  7.1 最適化技術の状況 
  7.2 電子部品配置におけるレイアウト最適化適用事例 


第9節 車載用集積回路LSIを中心とした耐環境性・信頼性加速試験とその評価

 1.車載用LSIに要求される品質レベル
  1.民生用半導体と車載用半導体の違い
  2.AEC-Q100の考え方
  3.EDR-4708の考え方
 2.初期不良率とスクリーニングの考え方
   車載用LSIの信頼性試験と加速性
  1.高温動作試験と加速性 
  2.温度サイクル試験と加速性
  3.電圧印加試験と加速性 
  4.耐湿性試験と加速性
  5.その他の試験


第10節 リチウムイオン電池(セル)における
            信頼性試験と安全性に関する試験規格

 1.信頼性と試験規格の概要
  1.1 リチウムイオン電池(セル)における
                信頼性試験(特殊性と普遍性)
  1.2 安全性試験と安全基準
  1.3 安全性に関する技術と問題解決方法
  1.4 リチウムイオン電池(セル)におけるHAZRDとRISK
  1.5 安全性試験の概要(電気的試験と機械的試験)
 2.安全性に関する試験規格
  2.1 UL規格と認証システム
   (1)北米におけるNRTLの制度 
   (2)ULの機関と認証機能
   (3)ULの試験項目(目的に限定された内容)
   (4)対象となるリチウムイオン
   (5)UL規格の制定経過と技術的な背景
   (6)大型リチウムイオン電池(セル)への拡大アクション
   (7)ULのSubject 2580
  2.2 UN規格
   (1)危険物の国際輸送(2)試験項目(3)UN基準の運用
  2.3 JIS規格
   (1)単電池および組電池に関するJIS一覧
   (2)それぞれのJISの要点  
   (3)認証システムとしてのJIS


第11節 リチウムイオン二次電池の性能評価・試験法の考え方

 1.LIBの技術と特性
  1.1. LIBの技術
  1.2. LIBの特性(どのように特性を向上してきたか)
 2.電気容量、低温特性、負荷特性、急速充電性能、
                 サイクル特性、高温保存、自己放電、安全性
 3.評価・試験法の考え方


第12節 リチウム二次電池の事故から学ぶ事故原因と機器の対策

 1.二次電池の普及動向
 2.約5年間の事故とその傾向
 3.リチウム電池の事故原因と原因の層別
 4.リチウム電池の発火の要因と対策について
 6.機器メーカーに於ける管理面の事故予防対策


第13節 太陽電池の寿命に関する不具合解析結果と長寿命化への信頼性試験
                 −適切な試験条件と故障モード、メカニズムの考え方−

 1.太陽電池モジュールの構造と生産工程
 2.経年劣化モジュールの不具合解析
 3.太陽電池モジュールに使用される素材の耐久性とその評価指標の提案


第14節 太陽電池モジュールの劣化メカニズム解析における疫学的手法

 1.劣化解析における疫学的アプローチ、 同一型番モジュールの解析
 2.市場の実態、太陽電池モジュールの劣化モードと劣化速度を推定する
  2.1 劣化速度、最大出力低下率−儕max の分布
  2.2 統計的手法による主要な劣化モードの解析
 3.故障解析、 劣化箇所の観察(FF モード)
 4.同一型番モジュール解析の手順


第15節 照明用LEDの信頼性評価 
           −適切な試験条件と故障モード、メカニズムの考え方−

 1.LEDの信頼性の特徴
 2.偶発故障の故障率とマルチLEDシステムの信頼性設計
 3.光束維持寿命の評価法
 4.磨耗故障による故障率
 5.加速寿命試験の留意点
 6.接合温度の推定


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