用纳米粒子墨水印刷的银线的电迁移可靠性：对印刷电子产品的影响,ACS Applied Nano Materials

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用纳米粒子墨水印刷的银线的电迁移可靠性：对印刷电子产品的影响
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2022-02-04 , DOI: 10.1021/acsanm.1c04144
Prabhakar Jepiti ₁ , Sukeun Yoon ₁ , Jihoon Kim ₁

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尽管印刷电子 (PE) 技术具有吸引人的技术优势，但对其技术成熟度的研究却很少。导电材料是PE中使用的主要物质；因此，电迁移 (EM) 是印刷导电图案的一个重要可靠性方面。印刷线不可避免的多孔性质源于纳米粒子分散的油墨，是电磁可靠性的主要问题。电迁移已被确定为半导体集成电路中使用的互连线的主要故障模式。电迁移是一种高电流密度诱导的质量传输现象，由于外部电场中传导电子和主体金属原子之间的动量交换，表现为空隙、小丘和/或开路。高温和电流密度会加速损坏，从而增加线路电阻并缩短电路寿命。这项研究涉及使用基于电阻和黑色理论模型的电流体动力学 (EHD) 印刷技术图案化的 Ag 线的 EM 特性的调查。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。从而增加线路电阻并缩短电路寿命。这项研究涉及使用基于电阻和黑色理论模型的电流体动力学 (EHD) 印刷技术图案化的 Ag 线的 EM 特性的调查。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。从而增加线路电阻并缩短电路寿命。这项研究涉及使用基于电阻和黑色理论模型的电流体动力学 (EHD) 印刷技术图案化的 Ag 线的 EM 特性的调查。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。这项研究涉及使用基于电阻和黑色理论模型的电流体动力学 (EHD) 印刷技术图案化的 Ag 线的 EM 特性的调查。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。这项研究涉及使用基于电阻和黑色理论模型的电流体动力学 (EHD) 印刷技术图案化的 Ag 线的 EM 特性的调查。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。据观察，对于 EHD 打印的 Ag 线，离子迁移直接朝向阴极，这表明电场-离子相互作用（直接力）优于电子-离子相互作用（风力）的动量转移。EHD 打印线中 EM 的活化能表明表面扩散对 EM 失效机制至关重要。这项研究是表征 EHD 印刷银线的 EM 性能和 EM 失效机制的开创性工作。

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Electromigration Reliability in Ag Lines Printed with Nanoparticle Inks: Implications for Printed Electronics

Despite the appealing technical advantages of printed electronic (PE) technologies, there are very few studies on their technical maturity. Conductive materials are the primary substances used in PEs; therefore, electromigration (EM) is an important reliability aspect of printed conductive patterns. The inevitable porous nature of the printed lines is derived from the nanoparticle-dispersed inks and is a major concern for the EM reliability. Electromigration has been identified as the primary failure mode of interconnect lines used in semiconductor-integrated circuits. Electromigration is a high-current-density-induced mass transport phenomenon that manifests as voids, hillocks, and/or open circuits because of momentum exchange between the conduction electrons and host metal atoms in an external electric field. High temperature and current density accelerate damage, thereby increasing line resistance and reducing circuit lifetime. This study involves investigation of the EM characteristics of Ag lines patterned by using the electrohydrodynamic (EHD) printing technique based on the resistometric and Black theoretical models. It was observed that ion migration was directed toward the cathode for EHD-printed Ag lines, indicating that the electric field–ion interactions (direct force) dominated over the momentum transfer by the electron–ion interactions (wind force). The activation energy for EM in the EHD-printed lines indicates that the surface diffusion is critical to EM failure mechanism. This study is a pioneering work on characterizing the EM performance of the EHD-printed Ag lines and the EM failure mechanism.

更新日期：2022-02-04

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