芯片燒毀金線燒斷的原因分析

背景介紹

溫度過高會導(dǎo)致芯片燒毀金線燒斷，大部分用戶可能理所當(dāng)然的認(rèn)為是燒毀就是“熔化”。其實(shí)不然，芯片都是由硅和金屬做的，核心溫度最多也就不到100℃，這點(diǎn)溫度怎么可能會把金屬熔化?真正的原因是由于金線內(nèi)部發(fā)生了電子遷移和熱遷移而導(dǎo)致的芯片短路或開路。怎么檢測這些潛在風(fēng)險(xiǎn)?怎么來有效控制此類問題的發(fā)生?尤其在大功率芯片的研發(fā)中熱像儀為解決此類問題提供了有效手段。

從對比可以定性的看出：處理功率不同或者說電流密度不同，金線的溫度有明顯差異。

原因分析

此處的分析，我們將針對金線的“熔斷”做深入的探討。

電遷移

在電流密度很高的導(dǎo)體上，電子的流動會產(chǎn)生不小的動量，這種動量作用在金屬原子上時(shí)，就可能使一些金屬原子脫離金屬表面到處流竄，結(jié)果就會導(dǎo)致原本光滑的金屬導(dǎo)線的表面變得凹凸不平，造成永久性的損害。這種損害是個(gè)逐漸積累的過程，當(dāng)這種“凹凸不平”多到一定程度的時(shí)候，就會造成芯片內(nèi)部導(dǎo)線的斷路與短路，而最終使得芯片報(bào)廢。溫度越高，電子流動所產(chǎn)生的作用就越大，其徹底破壞芯片內(nèi)一條通路的時(shí)間就越少，即芯片的壽命也就越短，這也就是高溫會縮短芯片壽命的本質(zhì)原因。

熱遷移

溫度對這種作用的影響是絕對性的，溫度越高，這種作用會越明顯。不同物質(zhì)在同種材料(或不同種材料)中的擴(kuò)散速度是不一樣的，這就導(dǎo)致材料會在界面處材料特性的連續(xù)性出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時(shí)材料特性或功能發(fā)生退化甚至功能完全喪失。與電遷移相同，最終出現(xiàn)的結(jié)果同樣是短路，也可能是開路，視具體結(jié)構(gòu)而定。

熱成像應(yīng)用

1檢測金線溫度：通常金線的直徑都在微米級別，目前市面上其他檢測手段均無法對此類小目標(biāo)準(zhǔn)確測溫，而熱像儀則可以做到對32微米目標(biāo)準(zhǔn)確測溫。

2電路設(shè)計(jì)：通過熱圖可以快速發(fā)現(xiàn)芯片的某管腳由于電流密度過大造成的發(fā)熱。以此為依據(jù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3散熱設(shè)計(jì)：通過熱圖可快速發(fā)現(xiàn)由于散熱不良而造成的熱量積聚的區(qū)域，對該區(qū)域的散熱進(jìn)行改造，改善熱遷移。

4熔斷風(fēng)險(xiǎn)檢測：電子遷移會導(dǎo)致金線表面凹凸不平，因此導(dǎo)致金線表面散熱狀況不同，體現(xiàn)在熱圖上就是發(fā)熱不均。發(fā)熱越不均勻表明電子遷移越嚴(yán)重“熔斷”風(fēng)險(xiǎn)越大。

原文標(biāo)題：芯片金線溫度研究 高端熱成像技術(shù)應(yīng)用

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審核編輯：湯梓紅