半導(dǎo)體封裝中銀遷移，怎么辦？

轉(zhuǎn)自：導(dǎo)電高研院；作者：CEIA電子智造

 

銀在電導(dǎo)率、穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異特性，被廣泛用于電子元器件中的導(dǎo)線和接點，然而在長時間高溫和高電場的環(huán)境下常常出現(xiàn)銀遷移現(xiàn)象，如何緩解銀遷移現(xiàn)象呢？

 

什么是銀遷移

銀遷移（Silver Migration）是指在導(dǎo)體材料中，銀離子由于電場和溫度的作用，沿著導(dǎo)體材料的晶粒邊界或晶界遷移，并在終端位置沉積下來，從而形成導(dǎo)體短路或斷路等失效現(xiàn)象。

銀遷移現(xiàn)象會導(dǎo)致導(dǎo)線的電阻增加，信號失真，最終導(dǎo)致器件失效。具體表現(xiàn)包括：

導(dǎo)線電阻增加：隨著銀遷移現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)線中的銀原子會向細(xì)節(jié)處移動，導(dǎo)致導(dǎo)線截面積減小，電阻增加，從而降低電路的性能。

信號失真：銀遷移現(xiàn)象的加劇，導(dǎo)線中的銀原子會向接近信號線的區(qū)域移動，導(dǎo)致信號失真和干擾，從而影響電路的正確性和可靠性。

器件失效：長時間的銀遷移現(xiàn)象會導(dǎo)致導(dǎo)線的性能逐漸退化，直到完全失效，從而導(dǎo)致整個器件失效。

 

出現(xiàn)銀遷移的原因

針對銀遷移現(xiàn)象，可采取以下措施進(jìn)行改善：

01電流密度過大：當(dāng)電流密度過大時，金屬中的離子受到電場力作用，會向電流方向遷移，導(dǎo)致材料的失衡。對于常規(guī)的厚度為35um的銀線，建議將電流密度限制在2.5x10^4A/cm^2以下。

02溫度過高：在高溫環(huán)境下，金屬材料中的離子能量增加，離子遷移的速度也會隨之增加，進(jìn)而促使銀遷移現(xiàn)象的發(fā)生。在封裝或連接器件時，溫度通常應(yīng)控制在不超過150℃的范圍內(nèi)。

03尺寸效應(yīng)：金屬線路的尺寸和形狀也會影響銀遷移的發(fā)生。當(dāng)線路尺寸很小或線路呈現(xiàn)彎曲形狀時，離子遷移的速度更快，因此出現(xiàn)銀遷移現(xiàn)象的概率也會相應(yīng)增加。

 

解決方案

銀遷移是一個復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多方面的因素，以下是一些可能的措施：

優(yōu)化材料選擇：可以選擇更加耐高溫和耐腐蝕的材料，如鎢、鉬、銅等。

改善封裝結(jié)構(gòu)：封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該考慮到熱膨脹系數(shù)的匹配，以減少熱應(yīng)力對晶體管引線和銀線的影響。

優(yōu)化工藝參數(shù)：通過調(diào)整電鍍條件、焊接溫度、時間等參數(shù)，可以減少銀遷移的風(fēng)險。

使用添加劑：向銀線中添加一些元素，如鈀、鉑、金等，可以改善晶體管的可靠性。

采用抗銀遷移工藝：采用抗銀遷移工藝的晶體管可以大幅減少銀遷移的風(fēng)險。

引入測試環(huán)節(jié)：在晶體管生產(chǎn)的不同階段加入測試環(huán)節(jié)，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的銀遷移問題。

 

 

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