背景介紹

溫度過高會導致芯片燒毀金線燒斷，大部分用戶可能理所當然的認為是燒毀就是“熔化”。其實不然，芯片都是由硅和金屬做的，核心溫度最多也就不到100℃，這點溫度怎么可能會把金屬熔化?真正的原因是由于金線內部發生了電子遷移和熱遷移而導致的芯片短路或開路。怎么檢測這些潛在風險?怎么來有效控制此類問題的發生?尤其在大功率芯片的研發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體上，電子的流動會產生不小的動量，這種動量作用在金屬原子上時，就可能使一些金屬原子脫離金屬表面到處流竄，結果就會導致原本光滑的金屬導線的表面變得凹凸不平，造成永久性的損害。這種損害是個逐漸積累的過程，當這種“凹凸不平”多到一定程度的時候，就會造成芯片內部導線的斷路與短路，而最終使得芯片報廢。溫度越高，電子流動所產生的作用就越大，其徹底破壞芯片內一條通路的時間就越少，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。不同物質在同種材料(或不同種材料)中的擴散速度是不一樣的，這就導致材料會在界面處材料特性的連續性出現問題，嚴重時材料特性或功能發生退化甚至功能完全喪失。與電遷移相同，最終出現的結果同樣是短路，也可能是開路，視具體結構而定。

熱成像應用

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準確測溫，而熱像儀則可以做到對32微米目標準確測溫。

2電路設計：通過熱圖可以快速發現芯片的某管腳由于電流密度過大造成的發熱。以此為依據進行電路設計。

3散熱設計：通過熱圖可快速發現由于散熱不良而造成的熱量積聚的區域，對該區域的散熱進行改造，改善熱遷移。

4熔斷風險檢測：電子遷移會導致金線表面凹凸不平，因此導致金線表面散熱狀況不同，體現在熱圖上就是發熱不均。發熱越不均勻表明電子遷移越嚴重“熔斷”風險越大。

原文標題：芯片金線溫度研究 高端熱成像技術應用

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審核編輯：湯梓紅