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(diǎn)，然而在長(zhǎng)時(shí)間高溫和高電場(chǎng)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(chǎng)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(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線的電阻增加，信號(hào)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(huì)向細(xì)節(jié)處移動(dòng)，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(hào)失真：銀遷移現(xiàn)象的加劇，導(dǎo)線中的銀原子會(huì)向接近信號(hào)線的區(qū)域移動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)失真和干擾，從而影響電路的正確性和可靠性。

器件失效：長(zhǎng)時(shí)間的銀遷移現(xiàn)象會(huì)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(gè)器件失效。

出現(xiàn)銀遷移的原因

針對(duì)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(shí)，金屬中的離子受到電場(chǎng)力作用，會(huì)向電流方向遷移，導(dǎo)致材料的失衡。對(duì)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(huì)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(shí)，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(huì)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(shí)，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(huì)相應(yīng)增加。

解決方案

銀遷移是一個(gè)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(jì)應(yīng)該考慮到熱膨脹系數(shù)的匹配，以減少熱應(yīng)力對(duì)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(shí)間等參數(shù)，可以減少銀遷移的風(fēng)險(xiǎn)。

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(xiǎn)。

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

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