Noticias de PCB - ¿¿ qué es el análisis de la electromigración y la electromigración IC en los pcb?

¿¿ qué es la migración eléctrica? ¿ por qué se produce la migración eléctrica? ¿Más importante aún, ¿ cómo prevenirlo? Una simple ronda de análisis de electromigración de placas de PCB e ic. El objetivo es evitar que estos dispositivos se cortocircuiten y abran en diferentes condiciones. Con este fin, se han establecido varias normas industriales. ¿ qué necesita saber sobre estos estándares? Cómo la electromigración causa fallos en nuevos dispositivos

Migración eléctrica en electrónica

A medida que más y más componentes se acumulan en espacios más pequeños, el campo eléctrico entre dos conductores con una diferencia de potencial específica se hace más grande. Esto ha causado muchos problemas de Seguridad en los dispositivos electrónicos de alta tensión, especialmente la descarga estática (des). El Alto campo eléctrico entre los dos conductores separados por el aire provoca una ruptura dieléctrica del aire, lo que genera un arco y un pulso de corriente en el circuito circundante. Para evitar estas descargas en el PCB u otros dispositivos, los conductores se separan por una distancia que depende de la diferencia de potencial eléctrico entre los conductores.

La distancia de brecha por encima es importante para la seguridad y la prevención de fallas del equipo, pero también la distancia a través del sustrato. Otro punto a considerar es la distancia entre los conductores en el dieléctrico. En el pcb, esto se llama distancia de arrastre, y sus requisitos (y brechas eléctricas) se definen en el estándar ipc2221. Cuando la distancia entre los conductores es muy pequeña, el campo eléctrico puede ser muy grande, lo que conduce a la migración eléctrica.

El mecanismo que impulsa la migración eléctrica puede describirse como un crecimiento exponencial cuando la densidad de corriente en el conductor es alta (en el ic) o cuando el campo eléctrico entre los dos conductores es grande (en el pcb). Para evitar la migración eléctrica, puede usar tres palancas para tirar de su diseño:

Aumentar la distancia entre conductores (en pcb)

Reducir el voltaje entre conductores (en pcb)

Dispositivos que funcionan con una corriente más baja (ic)

Migración eléctrica en circuitos integrados: circuitos abiertos y cortocircuitos

En las interconexiones de circuitos integrados, la fuerza principal no es el campo eléctrico entre dos conductores y la posterior ionización. Por el contrario, la electromigración de estado sólido se debe a la transferencia de impulso electrónico (dispersión) a una alta densidad de corriente (generalmente "10000a / cm2") que hace que el metal se mueva a lo largo del diámetro del circuito guía a (en este caso, la interconexión metálica en sí). La electromigración sigue el proceso de ahrrenius, por lo que la velocidad de migración aumenta a medida que aumenta la temperatura de interconexión.

Las fuerzas involucradas en la migración eléctrica del cobre se muestran a continuación. El viento es la fuerza ejercida sobre los iones metálicos debido a la dispersión de electrones de átomos metálicos en la red cristalina. Esta ionización repetida y la transferencia de impulso a iones metálicos libres hacen que se propaguen hacia el ánodo. Este proceso de migración tiene energía de activación. La difusión direccional comienza cuando la energía transferida a un átomo metálico supera el proceso de activación de ahrrenius guiado por un gradiente de concentración (ley de fick).

Cuando el metal es arrastrado a la superficie del conductor, comienza a construir estructuras que puedan puente dos conductores, lo que provoca un cortocircuito. También podría agotar el metal del lado del ánodo de interconexión, lo que provocaría una apertura. Las siguientes imágenes del SEM muestran los resultados de la migración eléctrica extendida entre los dos conductores. Cuando el metal migra a lo largo de la superficie, deja huecos (circuitos abiertos) o produce bigotes (cortocircuitos) conectados a conductores adyacentes. En casos extremos con agujeros a través, la electromigración incluso agota los conductores debajo de la capa de cobertura.

Migración eléctrica en pcbs: crecimiento de ramas

Efectos similares se han producido en el pcbs, lo que ha llevado a dos posibles formas de migración eléctrica:

Como se mencionó anteriormente, la migración eléctrica a lo largo de la superficie

La formación de sales semiconductoras conduce al crecimiento electroquímico de estructuras dendríticas

Estos efectos están controlados por diferentes procesos físicos. Debido a que el tamaño del cable metálico es muy grande en comparación con la sección transversal de la interconexión ic, la densidad de corriente entre los dos conductores puede ser muy baja. En estos casos, la migración se produce a una alta densidad de corriente que, con el tiempo, conduce al crecimiento del mismo tipo de cortocircuito. En la capa superficial, cuando el conductor está expuesto al aire, puede ocurrir una oxidación posterior.

En el segundo caso, la electromigración es un proceso electrolítico. El campo impulsa reacciones electroquímicas en presencia de agua y sal. La migración electrolítica requiere agua en la superficie y una alta corriente continua entre los dos conductores, lo que impulsará reacciones electroquímicas y crecimiento de ramas. Los iones metálicos migrados se disuelven en una solución acuosa y se extienden a todo el sustrato aislante. El ipc2221 funciona aquí, ya que aumentar la distancia entre los conductores adyacentes reduce el campo eléctrico entre ellos, frenando así la respuesta que impulsa la electromigración electrolítica.

El análisis de migración eléctrica en el nuevo diseño requiere revisar el diseño para garantizar que las brechas de rastreo no violen las reglas de diseño o las normas de la industria. Si tiene acceso a algunas herramientas básicas de diseño de PCB o ic, puede revisar el diseño y detectar cualquier irregularidad de acuerdo con estas reglas. A medida que el ICS y el PCBs continúan reduciéndose, el análisis de electromigración solo se volverá más importante para garantizar la fiabilidad.