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1.二极管高温铜迁移失效产生原理
快恢复二极管由两部分组成,即二极管硅晶圆和杜美丝铜引线部分,晶圆与杜美丝采取高温焊接后进行树脂封装成型,硅晶圆主要物质成分SiO2,铜在iO2中扩散速度很快,而且铜是硅的深能级受主杂质。扩散到Si中并在Si的禁带中形成几个深能级受主能级,这些能级会充当产生复合中心或陷阱而改变非平衡少子的浓度与寿命,如果二极管在制造过程中工艺设计不当,硅晶圆与杜美丝之间实际没有有效覆盖阻挡层,在高温焊接过程中就可能会产生铜迁移,设计必须保证硅晶圆与铜引线之间形成有效阻隔层,隔绝铜原子迁移与Si发生反应,铜迁移产生原理及发生反应过程如图1所示,Si可以和很多金属形成化合物,二极管晶圆焊接实际使用是目前最通用的杜美丝(铜引线),当铜因为受到高温焊接或是高温环境时易产生铜原子迁移,如果二极管工艺结构设计没有对铜与硅晶圆之间采取有效的阻隔,在高温环境下铜原子会产生迁移,并从3位置沟道侵入到Si晶圆表面,并与Si发生反应生成硅酮化合物(硅化铜)Cu3Si、Cu4Si。硅化铜性能差电阻率高、会导致二极管漏电流增大(原极与漏极浅结处产生漏电流),晶元与杜美丝结合力大幅度下降。
二极管过电失效经过分析是二极管晶圆焊接产生高温铜迁移失效、防止铜迁移产生有效手段通过在硅与铜直接建立起有效的阻隔层,一般方法是铜引线部分使用镍进行镀层,防止铜原子迁移,二极管晶圆表面形成有效保护层,可以有效隔离迁移过来铜原子,避免产生还原化学反应。铜硅之间增加活性差的难溶金属SIN、Ta、Ti等。
经过大量实验验证最终确定铜迁移整改方案,具体整改方案如下。
3.1改善品圆的设计结构有效封住晶圆上的裸漏部分沟道,延长覆盖长度,即使有铜迁移,也不会流到硅表面,从而社绝生成硅化铜。在晶片表面金属层增加覆盖面到45μm从而加强二极管抗压能力。整改方案如图2所示。
二极管的引脚增加Nl层,使在焊接过程中不会产生铜原子迁移。并起到隔热作用。
3.3 PCB跨距整改结果
安森美35030124二极管MUR180E出现炸板异常问题,经过排查分析发现二极管位置引脚跨距存在差异,会增加器件受力可能,通过排查分忻评估后将D18、D19、D20封装焊盘间距进行优化,将间距由10.16mm更改为1 3.5mm。壹芯微科技针对快恢复二极管作出了良好的性能测试,应用各大领域,如果您有遇到什么需要帮助解决的,可以点击右边的工程师,或者点击销售经理给您精准的报价以及产品介绍
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