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  失敗百選 〜富士通HDD(ハード・ディスク・ドライブ )不良問題〜

【事例発生日付】2002年7月 HDD不良は2000年夏頃から

【事例発生場所】パソコンおよびPCサーバユーザー

【事例概要】
2002年7月,富士通がパソコンおよびPCサーバ内蔵ハードディスク装置の不具合について公表した。高温多湿下においてHDDを利用していると,HDDコントローラLSI(他社製)の端子間が短絡し,HDDの動作に支障を来たす。無償交換など対策のため約100億円規模の費用が発生した。使用開始から半年〜1年後にLSIのパッケージ内のピン間短絡で故障が発生した。このLSIの端子間短絡は、赤リンを含む住友ベークライトのパッケージ封止材が原因。これに対して,封止材を提供した住友ベークライトは「パッケージ組立メーカーの認定を受けた材料を提供している」と正当性を主張,責任の所在をめぐり法的紛争にまで発展した。封止材メーカー,パッケージ組立メーカー,LSIメーカー,HDDメーカー,そしてパソコン・メーカーと,エレクトロニクス業界におけるサプライ・チェーンの中で,複雑に水平分散化した業界構造が一因にある。
問題となったパッケージ封止材は,合計で1000トンも出荷されており、LSIの数に換算するとおよそ10億個と推定される。HDD用LSIはその一部に過ぎず,ケーブル・テレビのセットトップ・ボックス用LSIやパソコンのメインボードに実装されたLSI,LSIテスタ用ICなどでもトラブル例が報告されており、今後他の電子製品にも波及する危険性がある。

【事象】
富士通のパソコン用ハードディスク・ドライブ(HDD)が、使用開始から半年〜1年後 に故障する問題が発生した。不良率は通常レベルの2桁以上高い0.8%。2002年7月,富士通 はパソコンおよびPCサーバ内臓ハードディスク装置の不具合について公表した。このHDD を搭載したパソコン・メーカーに対して富士通は無償交換する。原因は,コントローラLSI が高温多湿の条件で長時間使用されると不良に至るものである。このLSIの不良は、パッケー ジ封止材に原因があった。このパッケージ封止材に起因する問題は2000年夏ごろから起き始 め,2001年には複数のLSIメーカーやセット・メーカーで製品のトラブルが多発するように なった。
くわしい【経過】はこちらから

【原因】
1. 故障の直接原因( 技術的原因 )
LSIのパッケージ内のピンの材料であるAgのマイグレーションによるピン間短絡であ る。不具合を起こしたLSIの封止材は世界シェアトップの住友ベークライト製の「EME-U」 で燃えると毒性の強い化合物が生成される物質の代替として無機リンを化合した封止材 である。これには、難燃剤としてリンの同素体のなかで化学的に安定な赤リンが使われ、 さらにリンが化学反応を起こすことを防ぐためにAl(OH)3などで被覆される。今回は赤 リン品質や皮膜に問題があったため、高温・高湿下で、パッケージ内の水分と反応して リン酸が発生、このリン酸、水分、ピンに流れる電流に伴う電界の三つによって、ピン の材料であるAgが溶け、マイグレーションを起こした (図1)。その結果ピン間が短絡 した。


2.故障の間接原因( 組織的・社会的原因)
◎.水平分業化で信頼性に関する責任の所在が不明確になった。
( 結果LSIの十分な信頼性確認がないまま機器に組み込まれた)
半導体産業では、外注や分業化は、生産の効率化を追及する流れの中で進んできたが 信頼性に関する責任を不明確にする方向に作用した。分業化によって信頼性が低下する のは、Siファンドリーやファブレス、パッケージ組立専業メーカーなどでは技術力や経験 が垂直統合のデバイスメーカー( Integrated device manufacturer : IDM )に比べて不足するか らである。
リンを含む封止材を使用したのは分業化を積極的に進めてきたパッケージ組立専業メー カーやファブレスであった。IDMの体制を維持してきた日本のLSIメーカーはリンを含む封止材を検討しながら製品には使用しなかった。これは各社ともPSG膜の経験等から、 リンと水分と電界により金属がマイグレーションを起こすことを知っていたからである。
Siファンドリーやファブレスなどは元々IDMの機能を補完する形で登場してきたとこ ろに原因がある。これらのメーカーはLSI設計やウェハープロセス、パッケージ組み 立てといった特定の工程だけを担当してきた。チップ全体の信頼性を保証するのは IDMの責任であったが、分業化が進みIDMを使わずに分業の担い手だけでチップを作る ことが可能となった。このような形態では、パッケージ組立専業メーカーやファブレ スがチップ全体の信頼性の検証作業や保証責任を負うことになる。しかし、それまで は、個別の工程の責任に留まっていたため、チップ全体の信頼性に関する技術・経験が 乏しく十分な保証がてきない状況にある。かつてはIDMにすべての信頼性の責任があった が、.水平分業化により責任が分散された( 図 2 )。材料メーカー、パッケージ組立メーカ ー、半導体メーカー、最終製品メーカーとも、自社周辺の情報しか分からず、品質のチェ ーンが繋がっていない。結果的に信頼性の責任がどこにあるのか不明確になった。

【対処】
◆各機器メーカー、LSIメーカーは問題の封止材の使用有無を調査、使用中止
◆住友ベークライト 2001年 5月から6月にかけて 問題を意識、別々の企業から類似した不具合の報告を受け、ただちに対策本部を設置して原因究明を開始した。
8月になり、あるメーカーが同封止材の使用中止を決定. 住友ベークライト側も当時この封止材を使用していた会社13社に販売中止と代替材への切り替えを通知 2002年 7月に切り替えを完了した。
【対策】
1 パッケージにリンを含む封止材を使用しない。
2. 材料メーカー、パッケージメーカー、ファンドリー、ファブレス、半導体メーカー、最終製品メーカーに亘る、品質、 信頼性のチェーンの構築。
3. 複雑に水平分業化された半導体製品の信頼性を確保する方策として、二つの動きがでてきた。
  @信頼性評価の第3者機関の設置
  図 3 @のように水平分業化されて製造される半導体製品の信頼性評価を行い、チップ全体の信頼性を認定する。
  A信頼性保障に特化したLSIメーカー
  図 3 Aのように信頼性・品質に関する高い技術力をもち、信頼性を売りにするLSIメーカー、チップ全体に対して信頼性の 責任を持つ。

【背景】
LSIの信頼性の低下はLSI業界全体として信頼性に対する意識や技術力が低下していること が背景にある。またLSIメーカー間の競争の激化から、低コスト化や製品開発期間短縮、出 荷が優先されるために、信頼性に原資が回せなくなり、信頼性や故障解析の技術者を育成 する余力はなくなっている。LSI各社の信頼性や故障解析の技術者は減っており、高齢化 している。これが信頼性技術力の低下を招いている。またLSIの微細化が加速によって、 信頼性評価が困難になってきた。これが信頼性確認のための時間の不足や評価技術の遅れを 引き起こしLSIの信頼性低下に結びついている。評価時間の不足は、本来の評価技術項目を 他のデバイスの試作結果やシミュレーション結果から流用するケースが増えている。実際に は結果が一致しない場合があり、これが故障の原因となる。評価技術の遅れは微細化の加速 に評価技術の進歩が追いついていないためである。
【知識化】
1. リンと水分と電界により金属がマイグレーションを起こす
2. LSIパッケージにおいてリンを使うには細心の注意が必要
3. 半導体産業構造の水平分業化で半導体製品の信頼性が低下する。
4. 材料メーカー、パッケージメーカー、ファンドリー、ファブレス、半導体メーカー、最終製品メーカーのサプライチェーン において、品質、信頼性のチェーンを構築する必要がある。
5. 複雑に水平分業化した業界構造では、信頼性評価の第三者機関による信頼性認定の構築が必要
【総括】
富士通のHDD故障の問題がエレクトロニクス産業に大きな影響を与えている。これは特 殊な事例ではなく、他にも同様の問題を起こす危険性がある。この問題は、LSIの信頼性 が重要であるということを改めて認識させる一方、同様の問題が今後も起きる危険性が あることを浮き彫りにした。富士通HDD故障問題の:原因はリンを使用した封止材にあっ たが、複雑に水平分業化された生産形態のなかで、十分な信頼性保証のないままに生産され、 多くのユーザーに流れていった。:原因が原材料であるため他の多くの電子機器にも波及す ることになった。基幹部品であるLSIの信頼性が揺らいでいる。これは産業構造の水平分 業化で信頼性に関する責任の所在が不明確になる一方、微細化の加速などで評価・解析が おろそかになりつつあるためである。
かつてはパソコンメーカーが内部の組込み部品や半導体も作っており、材料メーカーは 最終的な製品仕様などを熟知している人を相手にしていた。緊密な品質の絆があったが、 今は品質のチェーンが繋がっていない。それは、企業活動の分業の進行で間に入る企業 の数が増えるにつれ、品質保証の難しさが増すということである。
材料メーカー、パッケージメーカー、ファンドリー、ファブレス、半導体メーカー、最終製品 メーカーのサプライチェーンにおいて、品質、信頼性のチェーンを構築する必要がある。 さらに複雑に水平分業化された半導体製品の信頼性を確保する方策として、信頼性評価の 第三者機関による信頼性認定のシステム無構築が必要である。
富士通HDD不良問題に端を発した住友ベ封止材問題は、止めどなく進む企業活動のオープン 化、ネットワーク化の流れに対する警告として受け止めるべきだろう。

以上