芯片烧毁金线烧断的原因分析

背景介绍

温度过高会导致芯片烧毁金线烧断，大部分用户可能理所当然的认为是烧毁就是“熔化”。其实不然，芯片都是由硅和金属做的，核心温度最多也就不到100℃，这点温度怎么可能会把金属熔化?真正的原因是由于金线内部发生了电子迁移和热迁移而导致的芯片短路或开路。怎么检测这些潜在风险?怎么来有效控制此类问题的发生?尤其在大功率芯片的研发中热像仪为解决此类问题提供了有效手段。

从对比可以定性的看出：处理功率不同或者说电流密度不同，金线的温度有明显差异。

原因分析

此处的分析，我们将针对金线的“熔断”做深入的探讨。

电迁移

在电流密度很高的导体上，电子的流动会产生不小的动量，这种动量作用在金属原子上时，就可能使一些金属原子脱离金属表面到处流窜，结果就会导致原本光滑的金属导线的表面变得凹凸不平，造成永久性的损害。这种损害是个逐渐积累的过程，当这种“凹凸不平”多到一定程度的时候，就会造成芯片内部导线的断路与短路，而最终使得芯片报废。温度越高，电子流动所产生的作用就越大，其彻底破坏芯片内一条通路的时间就越少，即芯片的寿命也就越短，这也就是高温会缩短芯片寿命的本质原因。

热迁移

温度对这种作用的影响是绝对性的，温度越高，这种作用会越明显。不同物质在同种材料(或不同种材料)中的扩散速度是不一样的，这就导致材料会在界面处材料特性的连续性出现问题，严重时材料特性或功能发生退化甚至功能完全丧失。与电迁移相同，最终出现的结果同样是短路，也可能是开路，视具体结构而定。

热成像应用

1检测金线温度：通常金线的直径都在微米级别，目前市面上其他检测手段均无法对此类小目标准确测温，而热像仪则可以做到对32微米目标准确测温。

2电路设计：通过热图可以快速发现芯片的某管脚由于电流密度过大造成的发热。以此为依据进行电路设计。

3散热设计：通过热图可快速发现由于散热不良而造成的热量积聚的区域，对该区域的散热进行改造，改善热迁移。

4熔断风险检测：电子迁移会导致金线表面凹凸不平，因此导致金线表面散热状况不同，体现在热图上就是发热不均。发热越不均匀表明电子迁移越严重“熔断”风险越大。

原文标题：芯片金线温度研究 高端热成像技术应用

文章出处：【微信公众号：电子发烧友网】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

审核编辑：汤梓红