L'actualité PCB - Qu'est - ce que l'électromigration et l'analyse de l'électromigration IC dans les PCB

Qu'est - ce que l'électromigration et pourquoi se produit - elle? Et surtout, comment prévenir? Un tour d'analyse simple de la migration électrique des cartes PCB et des circuits intégrés. L'objectif est d'empêcher ces dispositifs d'être court - circuités et ouverts dans différentes conditions. Plusieurs normes industrielles ont été établies à cet effet. Que devez - vous savoir sur ces normes? Comment la migration électrique cause - t - elle la défaillance d'un nouvel équipement

Migration électrique en électronique

Comme de plus en plus d'éléments sont empilés dans un espace plus petit, le champ électrique entre deux conducteurs avec une différence de potentiel spécifique devient plus grand. Cela conduit à de nombreux problèmes de sécurité dans l'électronique haute tension, en particulier les décharges électrostatiques (ESD). Un champ électrique élevé entre deux conducteurs séparés par l'air provoque un claquage diélectrique de l'air, créant ainsi un arc électrique et des impulsions de courant dans les circuits environnants. Pour éviter ces décharges dans le PCB ou d'autres dispositifs, les conducteurs sont séparés d'une distance qui dépend de la différence de potentiel entre les conducteurs.

La distance de dégagement ci - dessus est importante pour la sécurité et la prévention des pannes de l'appareil, mais la distance à travers le substrat est également importante. Un autre point à considérer est la distance entre les conducteurs sur le diélectrique. Dans les PCB, c'est ce qu'on appelle la distance d'escalade, dont les exigences (et l'écart électrique) sont définies dans la norme ipc2221. Lorsque l'espacement entre les conducteurs est faible, le champ électrique peut être important, ce qui entraîne une migration électrique.

Lorsque la densité de courant dans un conducteur est importante (dans IC), ou lorsque le champ électrique entre deux conducteurs est important (dans PCB), le mécanisme qui pilote la migration électrique peut être décrit comme une croissance exponentielle. Pour éviter la migration électrique, vous pouvez utiliser trois leviers pour tirer votre Design:

Augmenter l'espacement entre les conducteurs (dans un PCB)

Réduire la tension entre les conducteurs (dans le PCB)

Faire fonctionner l'appareil (IC) avec un courant inférieur

Migration électrique dans les circuits intégrés: circuits ouverts et courts - circuits

Dans les interconnexions de circuits intégrés, les forces dominantes ne sont pas le champ électrique et l'ionisation subséquente entre les deux conducteurs. En revanche, la migration électrique à l'état solide est due au transfert de l'élan électronique (diffusion) à une densité de courant élevée (typiquement "10 000 A / CM 2") qui provoque le déplacement du métal le long du chemin de conduction a (dans ce cas, c'est l'interconnexion métallique elle - même). La migration électrique suit le processus d'ahrrenius, de sorte que la vitesse de migration augmente avec la température d'interconnexion.

Les forces impliquées dans la migration électrique du cuivre sont indiquées ci - dessous. Le vent est la force exercée sur les ions métalliques en raison de la diffusion électronique des atomes métalliques dans le réseau. Cette ionisation répétée et le transfert de momentum aux ions métalliques libres provoquent leur diffusion vers l'anode. Ce processus de migration a une énergie d'activation. La diffusion dirigée commence lorsque l'énergie transférée aux atomes métalliques dépasse le processus d'activation d'ahrrenius guidé par un gradient de concentration (loi de Fick).

Lorsque le métal est tiré sur la surface du conducteur, il commence à construire des structures qui peuvent faire le pont entre les deux conducteurs, ce qui entraîne un court - circuit. Il peut également épuiser le métal du côté de l'anode d'interconnexion, provoquant un circuit ouvert. L'image SEM ci - dessous montre le résultat de la migration électrique prolongée entre les deux conducteurs. Lorsque le métal migre le long de la surface, il laisse un espace (circuit ouvert) ou crée des Whiskers connectés à des conducteurs adjacents (court - circuit). Dans le cas extrême où il y a des Vias, la migration électrique peut même épuiser les conducteurs sous la couverture.

électromigration en PCBs: croissance dendritique

Des effets similaires se produisent dans le PCBS, conduisant à deux formes possibles d'électromigration:

Comme indiqué ci - dessus, la migration électrique le long de la surface

La formation de sels semi - conducteurs conduit à la croissance électrochimique de structures dendritiques dendritiques dendritiques

Ces effets sont contrôlés par différents processus physiques. La densité de courant entre les deux conducteurs peut être très faible en raison de la très grande taille du fil métallique par rapport à la Section de l'interconnexion IC. Dans ces cas, la migration se produit à des densités de courant élevées qui, au fil du temps, entraînent le même type de croissance de court - circuit. Dans la couche superficielle, une oxydation ultérieure peut se produire lorsque le conducteur est exposé à l'air.

Dans le second cas, l'électromigration est un processus électrolytique. Ce champ entraîne une réaction électrochimique en présence d'eau et de sel. La migration électrolytique nécessite de l'eau à la surface et un courant continu élevé entre les deux conducteurs, ce qui entraîne des réactions électrochimiques et la croissance dendritique. Les ions métalliques migrés se dissolvent dans la solution aqueuse et diffusent dans tout le substrat isolant. Ipc2221 fonctionne ici parce que l'augmentation de la distance entre les conducteurs adjacents réduit le champ électrique entre eux, inhibant ainsi la réaction qui entraîne la migration électrique électrolytique.

L'analyse de migration électrique dans la nouvelle disposition nécessite l'examen de la conception pour s'assurer que les lacunes des pistes ne violent pas les règles de conception ou les normes de l'industrie. Si vous avez accès à certains outils de base de mise en page PCB ou IC, vous pouvez vérifier la mise en page et détecter toute violation en fonction de ces règles. Comme ICS et PCBS continuent de diminuer, l'analyse de l'électromigration ne fera que devenir plus importante pour assurer la fiabilité.