半导体封装中银迁移，怎么办？

转自：导电高研院；作者：CEIA电子智造

银在电导率、稳定性方面具有优异特性，被广泛用于电子元器件中的导线和接点，然而在长时间高温和高电场的环境下常常出现银迁移现象，如何缓解银迁移现象呢？

什么是银迁移

银迁移（Silver Migration）是指在导体材料中，银离子由于电场和温度的作用，沿着导体材料的晶粒边界或晶界迁移，并在终端位置沉积下来，从而形成导体短路或断路等失效现象。

银迁移现象会导致导线的电阻增加，信号失真，最终导致器件失效。具体表现包括：

导线电阻增加：随着银迁移现象的发生，导线中的银原子会向细节处移动，导致导线截面积减小，电阻增加，从而降低电路的性能。

信号失真：银迁移现象的加剧，导线中的银原子会向接近信号线的区域移动，导致信号失真和干扰，从而影响电路的正确性和可靠性。

器件失效：长时间的银迁移现象会导致导线的性能逐渐退化，直到完全失效，从而导致整个器件失效。

出现银迁移的原因

针对银迁移现象，可采取以下措施进行改善：

01电流密度过大：当电流密度过大时，金属中的离子受到电场力作用，会向电流方向迁移，导致材料的失衡。对于常规的厚度为35um的银线，建议将电流密度限制在2.5x10^4A/cm^2以下。

02温度过高：在高温环境下，金属材料中的离子能量增加，离子迁移的速度也会随之增加，进而促使银迁移现象的发生。在封装或连接器件时，温度通常应控制在不超过150℃的范围内。

03尺寸效应：金属线路的尺寸和形状也会影响银迁移的发生。当线路尺寸很小或线路呈现弯曲形状时，离子迁移的速度更快，因此出现银迁移现象的概率也会相应增加。

解决方案

银迁移是一个复杂的问题，需要综合考虑多方面的因素，以下是一些可能的措施：

优化材料选择：可以选择更加耐高温和耐腐蚀的材料，如钨、钼、铜等。

改善封装结构：封装结构设计应该考虑到热膨胀系数的匹配，以减少热应力对晶体管引线和银线的影响。

优化工艺参数：通过调整电镀条件、焊接温度、时间等参数，可以减少银迁移的风险。

使用添加剂：向银线中添加一些元素，如钯、铂、金等，可以改善晶体管的可靠性。

采用抗银迁移工艺：采用抗银迁移工艺的晶体管可以大幅减少银迁移的风险。

引入测试环节：在晶体管生产的不同阶段加入测试环节，以便及时发现和解决潜在的银迁移问题。

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