壹芯微作為國內專業(yè)生產快恢復二極管的生產廠家,生產技術已經是非常的成熟,進口的測試儀器,可以很好的幫組到客戶朋友穩(wěn)定好品質,也有專業(yè)的工程師在把控穩(wěn)定質量,協助客戶朋友解決一直客戶自身解決不了的問題,每天會分析一些知識或者客戶的一些問題,來出來分享,今天我們分享的是，快恢復二極管高溫銅遷移失效原理和解決方法,請看下方

1.二極管高溫銅遷移失效產生原理

快恢復二極管由兩部分組成，即二極管硅晶圓和杜美絲銅引線部分，晶圓與杜美絲采取高溫焊接后進行樹脂封裝成型，硅晶圓主要物質成分SiO2，銅在iO2中擴散速度很快，而且銅是硅的深能級受主雜質。擴散到Si中并在Si的禁帶中形成幾個深能級受主能級，這些能級會充當產生復合中心或陷阱而改變非平衡少子的濃度與壽命，如果二極管在制造過程中工藝設計不當，硅晶圓與杜美絲之間實際沒有有效覆蓋阻擋層，在高溫焊接過程中就可能會產生銅遷移，設計必須保證硅晶圓與銅引線之間形成有效阻隔層，隔絕銅原子遷移與Si發(fā)生反應，銅遷移產生原理及發(fā)生反應過程如圖1所示，Si可以和很多金屬形成化合物，二極管晶圓焊接實際使用是目前最通用的杜美絲(銅引線)，當銅因為受到高溫焊接或是高溫環(huán)境時易產生銅原子遷移，如果二極管工藝結構設計沒有對銅與硅晶圓之間采取有效的阻隔，在高溫環(huán)境下銅原子會產生遷移，并從3位置溝道侵入到Si晶圓表面，并與Si發(fā)生反應生成硅酮化合物(硅化銅)Cu3Si、Cu4Si。硅化銅性能差電阻率高、會導致二極管漏電流增大(原極與漏極淺結處產生漏電流)，晶元與杜美絲結合力大幅度下降。

圖1 二極管銅遷移失效銅原子侵入路徑圖 
2. 影響二極管高溫銅遷移產生因素分析
2.1溫度
銅產生銅原子并產生遷移溫度大約是從350°開始，溫度越高銅原子運動越活躍，遷移速率越快，受濕度影響很大，該快恢復二極管晶圓實際焊接溫度370°，存在銅原子遷移條件。焊接溫度是很重要影響的因素，生產時一定注意溫度的控制。
2.2引線焊接材質
二極管晶圓焊接使用的引線是銅材質，銅材質相對鋁材質導熱性能好、電阻率低、熱膨脹系數小、熔點高。但是使用銅材質引線就避免不了銅原子產生及遷移。
2.3 硅晶圓表面保護阻隔層覆蓋不到位
二圾管晶圓表面未形成有效的保護阻隔層，設計應保證晶圓表面特別是邊緣位置必須有效覆蓋防止出現晶圓邊綠位置因為封溝設計、或是制造過程出現問題導致硅晶圓實際沒有有效的覆蓋，為銅原子遷移與硅發(fā)生反應提供充足條件。
3. 二極管高溫銅遷移失效解決方案

二極管過電失效經過分析是二極管晶圓焊接產生高溫銅遷移失效、防止銅遷移產生有效手段通過在硅與銅直接建立起有效的阻隔層，一般方法是銅引線部分使用鎳進行鍍層，防止銅原子遷移，二極管晶圓表面形成有效保護層，可以有效隔離遷移過來銅原子，避免產生還原化學反應。銅硅之間增加活性差的難溶金屬SIN、Ta、Ti等。

經過大量實驗驗證最終確定銅遷移整改方案，具體整改方案如下。

3.1改善品圓的設計結構

有效封住晶圓上的裸漏部分溝道，延長覆蓋長度，即使有銅遷移，也不會流到硅表面，從而社絕生成硅化銅。在晶片表面金屬層增加覆蓋面到45μm從而加強二極管抗壓能力。整改方案如圖2所示。

圖2 延長金屬表層阻隔層覆蓋面積 
3.2增加銅引線阻隔防護層

二極管的引腳增加Nl層，使在焊接過程中不會產生銅原子遷移。并起到隔熱作用。

3.3 PCB跨距整改結果

安森美35030124二極管MUR180E出現炸板異常問題，經過排查分析發(fā)現二極管位置引腳跨距存在差異，會增加器件受力可能，通過排查分忻評估后將D18、D19、D20封裝焊盤間距進行優(yōu)化，將間距由10.16mm更改為1 3.5mm。
4. 結論
經過將大量過程失效及全檢失效二極管分析，確定全檢制品也有存在晶元有裂紋異常。最終確定二極管失效是廠家生產過程晶元與杜美絲焊接工序存在問題，引腳(銅質)上的銅在370度的焊接溫度下(在代工廠壓接過程中)，銅原子遷移到晶圓表面，并生成硅化銅，從而導致器件漏電流增大，導致失效的原因是“銅遷移”，由于產生銅遷移導致晶元與杜美絲結合力大幅度下降，生產過程出現晶元受外在機械應力產生裂紋，后在制造使用過程再次自插剪腳受力導致裂紋程度加重，在整機通電后因器件電性能衰降反向耐壓不足導致二極管擊穿失效，強電直接引入弱電導致硬塊與其他器件過電擊穿失效炸裂。針對二極管銅遷移采取對晶圓表面增加延長覆蓋面積至45 μm及引線鍍鎳有效解決銅原子遷移與硅發(fā)生還原反應，解決二極管高溫銅遷移失效不良。