电迁移测试装置及方法

技术领域

本申请涉及电子元器件测试装置技术领域，特别是涉及一种电迁移测试装置及方法。

背景技术

在高温场以及高电场的作用下，电子元器件封装结构中的金属离子容易发生电迁移，导致电子元器件出现电迁移失效的现象。

为了评估电子元器件封装结构电迁移的可靠性，通常在绝缘基体上设置叉指电极状结构，对叉指电极状结构的两个电极分别施加电压。然而，这种评估方法与实际工况下的电子元器件封装结构不同，无法准确地评估电子元器件封装结构电迁移的可靠性。

发明内容

基于此，有必要提供一种电迁移测试装置及方法，能够准确地评估电子元器件封装结构电迁移的可靠性。

一种电迁移测试装置，包括：

金属连接体，所述金属连接体用于与电源的正极电性连接；

样品，所述样品包括相对的正面以及背面，所述背面与所述金属连接体连接，所述正面用于与所述电源的负极电性连接；以及

电流表，所述电流表串联于所述金属连接体、所述样品、所述正极以及所述负极连接形成的电路中，所述电流表用于检测漏电流。

在其中一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括第一导电体，所述第一导电体设有容置槽，所述金属连接体以及所述样品均设于所述容置槽内。

在其中一个实施例中，所述容置槽的槽底设有至少一个垫体，所有所述垫体的高度相等，所述样品的背面抵接于所有所述垫体。

在其中一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括第一导电件以及第一导线，所述第一导线设于所述第一导电件，并与所述第一导电件以及所述正极电性连接；所述第一导电体包括相间隔的第一导电部以及第二导电部，所述容置槽设于所述第一导电部，所述第一导电件与所述第二导电部相抵接。

在其中一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括绝缘基体，所述绝缘基体上设有所述第一导电体，所述容置槽设于所述第一导电体背离所述绝缘基体的一侧；所述电迁移测试装置还包括第一夹具，所述第一夹具包括第一连接部、相对且间隔设置的第一夹持部以及第二夹持部，所述第一连接部的两侧分别与所述第一夹持部以及所述第二夹持部连接，所述绝缘基体以及所述第一导电体的至少部分设于所述第一夹持部以及所述第二夹持部之间，所述绝缘基体与所述第一夹持部相抵接；所述第二夹持部设有第一安装孔，所述第一导电件设于所述第一安装孔。

在其中一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括第二导电体、第二导线、第二导电件以及键合线，所述键合线的两端分别与所述第二导电体以及所述样品的正面连接；所述第二导电件与所述第二导电体相抵接，所述第二导线设于所述第二导电件，并与所述第二导电件以及所述电源的负极电性连接。

在其中一个实施例中，所述第二导电体包括第三导电部、相对且间隔的第四导电部以及第五导电部，所述第三导电部设于所述第四导电部以及所述第五导电部之间，所述第三导电部的两侧分别与所述第四导电部以及所述第五导电部连接，所述第二导电件抵接于所述第三导电部，所述第四导电部以及所述第五导电部均通过至少一个所述键合线与所述样品电性连接。

在其中一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括绝缘基体，所述绝缘基体上设有所述第二导电体；所述电迁移测试装置还包括第二夹具，所述第二夹具包括第二连接部、相对且间隔设置的第三夹持部以及第四夹持部，所述第二连接部的两侧分别与所述第三夹持部以及所述第四夹持部连接，所述绝缘基体以及所述第二导电体的至少部分设于所述第三夹持部以及所述第四夹持部之间，所述绝缘基体与所述第三夹持部相抵接；所述第四夹持部设有第二安装孔，所述第二导电件设于所述第二安装孔内。

一种电迁移测试方法，提供上述的电迁移测试装置，所述电迁移测试方法包括：将所述金属连接体电性连接于所述电源的正极，所述样品的所述正面电性连接于所述电源的负极；在不同的温度以及不同的电压的条件下，对所述金属连接体以及所述样品进行测试；测量所述金属连接体以及所述样品所在电路的漏电流；根据所述漏电流的值判断所述样品的电迁移寿命。

在其中一个实施例中，所述金属连接体采用金属连接剂成型而成，所述样品的背面有所述金属连接剂，所述金属连接剂在所述样品下压时沿所述样品的边缘向上溢出，沿所述样品的边缘向上溢出的所述金属连接剂的高度为溢料高度；

所述的根据所述漏电流的值判断所述样品的电迁移寿命，包括：根据所述样品的正面与所述溢料高度的高度差、所述电压以及所述温度，得出所述样品的电迁移寿命

其中，

上述电迁移测试装置及方法，测试时，将金属连接体与电源的正极电性连接，样品的正面与电源的负极电性连接。然后，将电迁移测试装置放置于高温箱中，同时施加电压，使得金属连接体中的金属离子在电势以及温度的共同作用下发生迁移，即从样品的背面向样品的正面迁移。由于电流表串联于金属连接体、样品、正极以及负极连接形成的电路中，这样电流表能够检测漏电流，当漏电流达到预设值时，表示样品失效，此时失效时间为该条件下样品的电迁移寿命，以此来评估电迁移的情况。如此，该电迁移测试装置更贴合于实际工况下的金属连接体中的金属离子电迁移方式的评估手段，有利于提高测试结果的准确性。

附图说明

图1为本申请一实施例的电迁移测试装置的结构示意图。

图2为本申请另一实施例的电迁移测试装置的结构示意图。

图3为图2所示的电迁移测试装置在另一视角的结构示意图。

图4为图2所示的基板的结构示意图。

图5为图4中A处的局部放大示意图。

附图标号说明：

10、金属连接体；20、样品；21、正面；211、焊盘；22、背面；30、绝缘基体；31、第一导电体；311、第一导电部；3111、容置槽；3112、垫体；312、第二导电部；32、第二导电体；321、第三导电部；322、第四导电部；323、第五导电部；40、第一夹具；41、第一夹持部；42、第二夹持部；43、第一连接部；50、第一导电件；60、第一导线；70、第二导电件；80、第二夹具；81、第三夹持部；82、第四夹持部；83、第二连接部；90、第二导线；100、键合线。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

参阅图2、图4和图5，本申请一实施例提供的电迁移测试装置，包括金属连接体10、样品20以及电流表。所述样品20包括相对的正面21以及背面22，所述背面22与所述金属连接体10连接，所述正面21用于与电源的负极电性连接，所述金属连接体10用于与电源的正极电性连接。所述电流表串联于所述金属连接体10、所述样品20、所述正极以及所述负极连接形成的电路中，所述电流表用于检测漏电流。

可选地，金属连接体10采用金属连接剂成型而成，例如金属连接剂为纳米银，采用纳米银材料粘接样品20并烧结而成。纳米银具有低温烧结、高温服役、低热阻以及高效率装配等优点，逐渐应用于电子元器件的装配中，可提高高温服役下的可靠性。当然，在其它实施例中，金属连接剂也可为其它材料，不以此为限。

可选地，样品20为芯片、硅片等。当然，在其它实施例中，样品20也可为其它类型，不以此为限。

上述电迁移测试装置，测试时，将金属连接体10与电源的正极电性连接，样品20的正面21与电源的负极电性连接。然后，将电迁移测试装置放置于高温箱中，同时施加电压，使得金属连接体10中的金属离子在电势以及温度的共同作用下发生迁移，即从样品20的背面22向样品20的正面21迁移。由于电流表串联于金属连接体10、样品20、正极以及负极连接形成的电路中，这样电流表能够检测漏电流，当漏电流达到预设值时，表示样品20失效，此时失效时间为该条件下样品20的电迁移寿命，以此来评估电迁移的情况。如此，该电迁移测试装置更贴合于实际工况下的金属连接体10中的金属离子电迁移方式的评估手段，有利于提高测试结果的准确性。

本实施例中，预设值为1mA，即漏电流达到1mA时，表示样品20失效。当然，在其它实施例中，预设值也可为其它数值，不以此为限。

在一个实施例中，参阅图2、图4和图5，所述电迁移测试装置还包括第一导电体31，所述第一导电体31设有容置槽3111，所述金属连接体10以及所述样品20均设于所述容置槽3111内。测试时，在容置槽3111内涂覆一层金属连接剂，将样品20放置于容置槽3111内并与金属连接剂粘接，然后下压样品20，金属连接剂在压力的作用下沿着样品20的边缘向上溢出。如此，通过在第一导电体31设置容置槽3111，容置槽3111用于容纳金属连接剂，避免下压样品20的过程中，金属连接剂朝远离样品20边缘的方向扩散，导致金属连接体10的高度不一致而影响电迁移测试结果的准确性。

可选地，第一导电体31为覆铜层。当然，在其它实施例中，第一导电体31也可为其它金属层，不以此为限。

需要说明的是，容置槽3111可采用多种工艺制得。例如，本实施例中，容置槽3111采用刻蚀的方式制得，不以此为限。

在一个实施例中，参阅图4和图5，所述容置槽3111的槽底设有至少一个垫体3112，所述样品20的背面22抵接于所有所述垫体3112。具体地，垫体3112的高度低于容置槽3111的槽深。测试时，在容置槽3111内印刷一层金属连接剂，将样品20放置于容置槽3111内并与金属连接剂粘接，然后下压样品20，直至样品20的背面22抵触到垫体3112，金属连接剂在压力的作用下沿着样品20的边缘向上溢出。如此，通过在容置槽3111的槽底设置垫体3112，可保证每次样品20边缘的溢料高度一致，进而提高电迁移测试结果的准确性。

需要说明的是，垫体3112的形状以及数量可根据实际需求进行设置，在此不做具体限定。例如，垫体3112可为圆柱体、方形体等，垫体3112设有一个、两个或者三个以上，其中当垫体3112设有两个以上时，所有垫体3112的高度相等。

本实施例中，垫体3112为圆柱体，垫体3112设有九个，九个垫体3112间隔地分布于容置槽3111的槽底。

在一个实施例中，参阅图2，所述电迁移测试装置还包括第一导线60以及第一导电件50，所述第一导电件50与所述第一导电体31相抵接。所述第一导线60设于所述第一导电件50，并与所述第一导电件50以及所述正极电性连接。如此，可实现金属连接体10与电源正极的电性连接。

进一步地，参阅图2，所述第一导电体31包括相间隔的第一导电部311以及第二导电部312。所述容置槽3111设于所述第一导电部311，所述第一导电件50抵接于所述第二导电部312。如此，方便金属连接体10与电源正极的电性连接。

在一个实施例中，所述电迁移测试装置还包括绝缘基体30，所述绝缘基体30设有第一导电体31，所述容置槽3111设于所述第一导电体31背离所述绝缘基体30的一侧。如此，可避免金属连接体10中的金属离子向绝缘基体30迁移，提高电迁移测试结果的准确性。

可选地，绝缘基体30为基板或者管壳。绝缘基体30为绝缘体。可选地，绝缘基体30为陶瓷绝缘基体，例如陶瓷绝缘基体30的材料为Si

在一个实施例中，参阅图1、图2和图3，所述电迁移测试装置还包括第一夹具40。所述第一夹具40包括第一连接部43、相对且间隔设置的第一夹持部41以及第二夹持部42，所述第一连接部43的两侧分别与所述第一夹持部41以及所述第二夹持部42连接，所述绝缘基体30以及所述第一导电体31的至少部分设于所述第一夹持部41以及所述第二夹持部42之间，所述绝缘基体30与所述第一夹持部41相抵接。所述第二夹持部42设有第一安装孔，所述第一导电件50设于所述第一安装孔。如此，方便安装第一导电件50，提高电连接的稳定性以及可靠性，并且还方便引出电路。

可选地，第一安装孔为螺纹孔，第一导电件50为螺栓，螺栓设于螺纹孔内，螺栓远离螺帽的一端与第二导电部312相抵接。当然，在其它实施例中，第一导电件50以及第一安装孔也可为其他类型，不以此为限。

在一个实施例中，参阅图1和图2，所述绝缘基体30设有第二导电体32。所述电迁移测试装置还包括第二导线90、第二导电件70以及键合线100，所述键合线100的两端分别与所述第二导电体32以及所述样品20的正面21连接。所述第二导线90设于所述第二导电件70，并与所述第二导电件70以及所述电源的负极电性连接，所述第二导电件70抵接于第二导电体32。如此，实现样品20与电源负极的电性连接。

具体地，样品20的正面21设有焊盘211。键合线100为键合线，键合线的一端焊接于焊盘211，另一端连接于第二导电体32。

可选地，第二导电体32为覆铜层。当然，在其它实施例中，第二导电体32也可为其它金属层，不以此为限。

进一步地，参阅图2，所述第二导电体32包括第三导电部321、相对且间隔的第四导电部322以及第五导电部323。所述第三导电部321设于所述第四导电部322以及所述第五导电部323之间，所述第三导电部321的两侧分别与所述第四导电部322以及所述第五导电部323连接。所述第二导电件70抵接于所述第三导电部321，所述第四导电部322以及所述第五导电部323均通过至少一个所述键合线100与所述样品20电性连接。如此，使得样品20有更多的电势，以便更好地评估电迁移的情况。

具体地，第一导电部311位于第四导电部322以及第五导电部323之间。如此，可缩短键合线100的长度，方便键合线100的键合。

在一个实施例中，参阅图1、图2和图3，所述电迁移测试装置还包括第二夹具80。所述第二夹具80包括第二连接部83、相对且间隔设置的第三夹持部81以及第四夹持部82，所述第二连接部83的两侧分别与所述第三夹持部81以及所述第四夹持部82连接，所述绝缘基体30以及所述第二导电体32的至少部分设于所述第三夹持部81以及所述第四夹持部82之间，所述绝缘基体30与所述第三夹持部81相抵接。所述第四夹持部82设有第二安装孔，所述第二导电件70设于所述第二安装孔内。如此，方便安装第二导电件70，提高电连接的稳定性以及可靠性，并且还方便引出电路。

可选地，第二安装孔为螺纹孔，第二导电件70为螺栓，螺栓设于螺纹孔内，螺栓远离螺帽的一端与第三导电部321相抵接。当然，在其它实施例中，第二导电件70以及第二安装孔也可为其他类型，不以此为限。

参阅图1和图2，本申请一实施例的电迁移测试方法，提供如上述任一实施例的电迁移测试装置。所述电迁移测试方法包括：

S10、将金属连接体10电性连接于电源的正极，样品20的正面21电性连接于电源的负极。

S20、在不同的温度以及不同的电压的条件下，对金属连接体10以及样品20进行测试。

S30、测量金属连接体10以及样品20所在电路的电流。

S40、根据电流值判断样品20的电迁移寿命。

测试时，将金属连接体10与电源的正极电性连接，样品20的正面21与电源的负极电性连接。然后，将电迁移测试装置放置于高温箱中，同时施加电压，使得金属连接体10中的金属离子在电势以及温度的共同作用下发生迁移，即从样品20的背面22向样品20的正面21迁移。由于电流表串联于金属连接体10、样品20、正极以及负极连接形成的电路中，这样电流表能够检测漏电流，当漏电流达到预设值时，表示样品20失效，此时失效时间为该条件下样品20的电迁移寿命，以此来评估电迁移的情况。如此，该电迁移测试装置更贴合于实际工况下的金属连接体10中的金属离子电迁移方式的评估手段，有利于提高测试结果的准确性。

在一个实施例中，样品20的厚度为变量。例如，所述电迁移测试装置设有一个，该电迁移装置重复步骤S10～S30后，取下样品20。然后，将不同厚度的样品20连接于金属连接体10，再重复步骤S10～S30，重复上述步骤，直至样品20全部测试完成。又例如，所述电迁移测试装置设有多个，多个所述电迁移测试装置中的样品20的厚度均不相等。

需要说明的是，由于样品20的厚度为变量，因此容置槽3111内溢料高度至样品20的正面21的距离为电迁移克服重力作用下需要电迁移的路径距离，即溢料高度与样品20正面21的高度差。具体地，样品20越厚，溢料高度至样品20的正面21的间距越大，间隔越大，电迁移需要迁移的路径距离越长。

通过溢料高度与样品20正面21的高度差、电压以及温度，采用优化的Arrhenius公式，得出寿命模型：

其中，

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。