147电力与电子技术Power&ElectronicalTechnology电子技术与软件工程ElectronicTechnology&SoftwareEngineering2020年9月22日，中国宣布碳中和目标，碳中和与泛高端制造已然成为中国实体经济发展的两个主赛道，有关节能、绿色能源方面的行业会获得井喷似的发展。IGBT是功率半导体中最重要的元件之一[1]，其可靠性研究是目前的热点领域,粗铝线从铝芯片金属层的脱落是主要失效模式[2]。在弱电领域，键合金线由于成本和高温可靠性问题，逐渐被1wt%含钯金线所替代（Au-1wt.%Pdwire），主要原因之一是后者高温可靠性的提升。目前粗铝线主要采用向5N8纯度的高纯铝中加入5-20ppm的高纯Si和40-60ppm的高纯Ni（4N），但为何要加入这5-20ppm的硅，技术文献中并未真正说明。现在国内线材公司处于仿制阶段，而研究单位对于粗铝线的研究偏少，合金配方机理的研究完全空白，急需国家的高校和研究单位对配方中各个元素所具有的“功能性”做出判断。行业对于自主创新的需求很强烈，而自主创新就必须针对配方设计背后的物理机制进行深入系统的研究。1键合丝焊点高温可靠性失效物理机制，原子的空位（vacancy）扩散机理图1(a)显示了含钯金线球焊在芯片铝金属层后在高温下老化500小时后的剖面图[3]，可见焊点是完整的，没有出现纯金线那样的严重的柯肯达尔空洞，如图1(b)[4]，说明柯肯达尔效应被有效地抑制了。这主要是金原子向铝层的扩散速度要远远大于铝原子向金线扩散的速度（空位的扩散方向则相反）。而要维持金原子向铝层的高速扩散，金原子在其线材内部向界面的扩散速度是决定步骤，因为如果线材内部的金原子不能保持供应，金原子向铝层的扩散就不能持续；另外正是金原子向金铝界面的扩散，导致了柯肯达尔空洞在界面附件靠金层方向上形成，最终影响了线材的高温可靠性。1.1原子自发扩散的空位机理（vacancymechanism）晶体中原子的扩散现象可以分别由图2和式（1）来描述[5]。（1）上式中的J表示扩散通量，显然由于线材内部由于各处的金原子浓度相同，J=0，只有在界面附件存在浓度梯度的地方,才有宏观可见的扩散现象，在金晶体内部金原子向各个方向的扩散速度是相同的。进一步考察扩散的微观机理发现，金原子在晶体内部进行着不停的跃迁，从原始位置采用图2中的机理转移到附近空位的位置。相应的数学描述为：（2）其中的г为跃迁频率。从图2下部的能量构型可知，金原子在原始平衡位置时所对应的能量是最低的，当它由于热运动碰撞获得了足够的能量（热能量会传递到...
