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ばらつきに強い設計とは?課題と対策・製品を解説

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ウェーハプロセスにおけるばらつきに強い設計とは?
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ウェーハプロセスにおけるばらつきに強い設計
ウェーハプロセスにおけるばらつきに強い設計とは?
パワーデバイスおよびパワーモジュールにおいて、製造工程であるウェーハプロセスで発生する微細なばらつきが、最終製品の性能や信頼性に影響を与えることがあります。この「ウェーハプロセスのばらつきに強い設計」とは、これらの製造上のばらつきが生じた場合でも、デバイスの特性が許容範囲内に収まり、期待される性能を発揮できるように、あらかじめ設計段階で考慮を施すアプローチです。これにより、製品の歩留まり向上、信頼性確保、そして開発コストの削減を目指します。
課題
特性変動の増大
ウェーハプロセスにおける膜厚、ドーピング濃度、エッチング深さなどの微細なばらつきが、デバイスのオン抵抗、耐圧、スイッチング速度などの特性を大きく変動させ、設計目標からの逸脱を引き起こします。
歩留まりの低下
ばらつきにより、一部のウェーハ上のチップが規格を満たせず、製品として出荷で きない状態が発生し、全体の歩留まりが低下します。
信頼性の低下
ばらつきに起因する特性の偏りが、長期信頼性試験や実際の使用環境下での故障リスクを高める可能性があります。
設計・製造の非効率化
ばらつきを考慮した設計や、ばらつきを補正するための追加工程が必要となり、開発期間の長期化や製造コストの増加を招きます。
対策
ロバスト設計手法の適用
モンテカルロシミュレーションや感度解析などを活用し、ばらつきの影響を定量的に評価し、ばらつきに対して特性変動が少ない設計パラメータを選定します。
冗長設計・マージン確保
デバイス構造や回路設計において、ばらつきによる特性変動を吸収できる十分なマージンを設けることで、許容範囲外となるリスクを低減します。
プロセス変動のモデリングと予測
製造プロセスで発生しうるばらつきのパターンを詳細にモデリングし、設計段階でその影響をシミュレーションすることで、事前に問題点を特定し対策を講じます。
設計・製造協調(DFM/DFT)
設計段階から製造プロセスにおけるばらつきを考慮し、製造しやすい設計(Design for Manufacturability)や、ばらつきを検出しやすい設計(Design for Testability)を取り入れます。
対策に役立つ製品例
設計自動化ソフトウェア
ばらつきを考慮したシミュレーションや最適化機能を備え、ロバスト設計を効率的に実現するための設計支援を行います。
プロセスシミュレーションツール
ウェーハプロセスの微細な変動を正確にモデリングし、そのデバイス特性への影響を予測することで、設計段階でのリスク評価を可能にします。
特性評価・解析サービス
ウェーハ上の多数のチップの特性を詳細に測定・解析し、ばらつきのパターンや原因を特定することで、設計改善やプロセス最適化に貢献します。
高信頼性材料・プロセス
ばらつきが生じにくい、あるいはばらつきの影響を受けにくい特性を持つ材料や、安定したプロセス技術を提供することで、根本的なばらつき低減に寄与します。
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