NouArt. voulons tous PCB board Peut être entièrement conducteur et stable, Mais ce n'est pas le cas.. Le monde réel n'est pas constitué de conducteurs et d'isolants parfaits entourés de vide, Le champ électrique interagira avec les conducteurs et les substrats du système réel. Qu'il s'agisse d'IC de conception ou de PCB, Il est nécessaire de tenir compte de l'impact important de l'électronique imparfaite: l'électromigration. Qu'est - ce que l'électromigration et pourquoi? Plus important encore,, Comment prévenir? Une analyse simple de l'électromigration des PCB et des IC. L'objectif est d'éviter que ces dispositifs ne soient court - circuités et ouverts dans différentes conditions.. Un certain nombre de normes industrielles ont été élaborées à cette fin.. You need to understand these standards and how electromigration can cause new equipment to fail
Electromigration in electrons
As more components are stacked in a smaller space, Le champ électrique entre deux conducteurs ayant une différence de potentiel spécifique devient plus grand. Cela a entraîné des problèmes de sécurité dans l'électronique haute tension, especially electrostatic discharge (ESD). Un champ électrique élevé entre deux conducteurs séparés par l'air provoquera une rupture diélectrique de l'air., Cela crée des arcs et des impulsions de courant dans les circuits environnants. Pour empêcher ces décharges PCB boardS ou autres équipements, Un certain espacement est nécessaire entre les fils, Cela dépend de la différence potentielle entre les conducteurs. Ces distances de dégagement sont importantes pour la sécurité et la prévention des défaillances de l'équipement., Mais la distance à travers le substrat est également importante. Un autre point à considérer est la distance entre les conducteurs passant par le diélectrique. Dans les PCB, Ça s'appelle la distance de fluage.. Lorsque la distance entre les conducteurs est faible, Le champ électrique peut être énorme., Entraînant une électromigration. When the current density in a conductor is large (in IC), or when the electric field between two conductors is large (in PCB), Le mécanisme qui conduit à l'électromigration peut être décrit comme une croissance exponentielle. Prévention de la migration électrique, you can use three levers to pull in your design:
Augmenter l'espacement entre les conducteurs (dans la carte PCB); Réduire la tension entre les conducteurs (sur la carte PCB); Faire fonctionner l'équipement à faible courant (en IC).
Electromigration in IC: Open and Short - circuit
Dans l'interconnexion IC, la force principale n'est pas le champ électrique et l'ionisation subséquente entre les deux conducteurs. En revanche, l'électromigration à l'état solide est due au transfert d'impulsion électronique (diffusion) à haute densité de courant, ce qui provoque le mouvement du métal le long du chemin du circuit conducteur (dans ce cas, l'interconnexion métallique elle - même). La vitesse de migration augmente avec la température d'interconnexion. Les forces impliquées dans la migration électrique du cuivre sont les suivantes. Le vent est la force exercée sur les ions métalliques par la diffusion d'électrons à partir d'atomes métalliques dans le réseau. L'ionisation répétée et l'impulsion sont transférées aux ions métalliques libres, ce qui les fait se propager à l'anode. Le processus de migration a une énergie d'activation. Lorsque l'énergie transférée aux atomes métalliques dépasse le processus d'activation d'arenius, la diffusion directionnelle commence sous la direction d'un gradient de concentration (loi de Fick). Lorsque le métal est tiré à la surface du conducteur, il commence à construire une structure capable de relier les deux conducteurs, ce qui entraîne un court - circuit. Il épuise également le métal du côté anode de l'interconnexion, ce qui entraîne un circuit ouvert. L'image SEM ci - dessous montre les résultats de l'électromigration étendue entre les deux conducteurs. Au fur et à mesure que le métal se déplace le long de la surface, il y a un écart (circuit ouvert) ou une moustache (court - circuit) qui se connecte au conducteur adjacent. Dans les cas extrêmes avec des trous de travers, la migration électrique peut même épuiser les conducteurs sous le revêtement.
Electromigration in PCB: dendritic growth
Similar effects occur in PCB boards, resulting in two possible forms of electromigration:
As described above, Migration électrique le long de la surface, Formation de sel semi - conducteur, Provoque la croissance électrochimique des structures dendritiques. Ces effets sont contrôlés par différents processus physiques. La densité de courant entre les deux conducteurs peut être faible en raison de la très grande taille des traces métalliques par rapport à la section transversale de l'interconnexion IC.. Dans ce cas,, La migration se produira à haute densité de courant, Provoque le même type de troncature à croître avec le temps. Dans la couche superficielle, L'oxydation peut se produire par la suite lorsque le conducteur est exposé à l'air.. Dans le deuxième cas, L'électromigration est un processus électrolytique. Ce champ conduit une réaction électrochimique en présence d'eau et de sel. La migration électrolytique nécessite de l'eau sur la surface et un courant direct élevé entre les deux conducteurs., Cela provoquera des réactions électrochimiques et la croissance de structures dendritiques.. Les ions métalliques transférés se dissolvent dans une solution aqueuse et se propagent sur tout le substrat isolant.. L'augmentation de la distance entre les conducteurs adjacents réduit le champ électrique entre eux, Inhibe ainsi la réponse à la migration électrolytique induite. L'analyse de l'électromigration dans la nouvelle disposition exige une vérification de la conception pour s'assurer que les dégagements de traces ne contreviennent pas aux règles de conception ou aux normes de l'industrie.. Si vous pouviez utiliser PCB board Ou outil de mise en page IC, Vous pouvez vérifier la mise en page en fonction de ces règles et détecter toute violation. Avec la contraction des circuits intégrés
PCB board, L'analyse de l'électromigration deviendra de plus en plus importante pour assurer la fiabilité.
