PCB 뉴스 - PCB의 전기 마이그레이션 및 IC 전기 마이그레이션 분석

전기 마이그레이션이란 무엇입니까? 왜 전기 마이그레이션이 발생합니까?더 중요한 것은 어떻게 예방할 것인가?간단한 PCB 보드 및 IC 전기 마이그레이션 분석이러한 장치가 서로 다른 조건에서 단락되고 회로가 개설되는 것을 방지하기 위한 것이다.이를 위해 약간의 업계 표준을 제정하였다.이러한 기준에 대해 알아야 할 사항은 무엇입니까? 전기 마이그레이션이 어떻게 새로운 장치의 고장을 초래했는지

전자의 전기 마이그레이션

점점 더 작은 공간에 더 많은 컴포넌트가 쌓이면서 특정 전기 차이를 가진 두 도체 사이의 전장은 더 커졌다.이로 인해 고압 전자 장치, 특히 정전기 방전 (ESD) 의 많은 안전 문제가 발생했습니다.공기에 의해 분리된 두 도체 사이의 높은 전장은 공기에 개전이 발생하여 주변 회로에서 아크와 전류 펄스를 발생시킨다.PCB 또는 다른 장치에서 이러한 방전을 방지하기 위해 도체 간의 전세 차이에 따라 도체를 일정한 거리로 분리합니다.

위의 클리어런스 거리는 안전과 장비 고장을 방지하는 데 중요하지만 라이닝을 통과하는 거리도 중요합니다.또 하나 고려해야 할 점은 전매질을 통과하는 도체 사이의 거리이다.PCB에서는 이를 크리피지 거리라고 하며 IPC2221 표준에 정의된 (전기 클리어런스) 가 필요합니다.도체 사이의 간격이 매우 길면 전장이 매우 커서 전기가 이동할 수 있다.

전도체에서 전류 밀도가 높거나 (IC에서) 두 전도체 사이의 전장이 클 때 (PCB에서) 전기 이동을 구동하는 메커니즘은 지수 성장으로 묘사될 수 있다.전기 마이그레이션을 방지하기 위해 세 개의 레버를 사용하여 설계를 당길 수 있습니다.

도체 간 간격 증가(PCB)

도체 간 전압 감소(PCB)

낮은 전류로 장치 실행(IC에서)

집적 회로에서의 전기 마이그레이션: 회로 및 단락

IC 상호 연결에서 주요 힘은 두 도체 사이의 전장과 그 후의 이온화가 아니다.반면 솔리드 스테이트 전기 마이그레이션은 고전류 밀도 (일반적으로 "10000A/cm2") 하의 전자 운동량 이동 (산란) 으로 인해 금속이 A 전도 경로를 따라 이동 (이 경우 금속 상호 연결 자체) 하기 때문입니다.전기 마이그레이션은 Ahrrenius 공정을 따르므로 상호 연결 온도가 높아짐에 따라 마이그레이션 속도가 증가합니다.

구리의 전기 이동에 관련된 힘은 다음과 같다.풍력은 격자 속의 금속 원자의 전자 산란으로 인해 금속 이온에 가해지는 힘이다.이런 자유금속 이온으로의 중복 이온화와 동량 전이는 그것들이 양극으로 확산되게 한다.이러한 마이그레이션 프로세스에는 활성화 기능이 있습니다.금속 원자로 전이되는 에너지가 농도 경도(피크의 법칙)에 의해 유도되는 아레니우스 활성화 과정을 넘어서면 방향성 확산이 시작된다.

금속이 도체 표면으로 당겨지면 두 도체를 브리지할 수 있는 구조를 구축하기 시작하여 단락을 초래한다.또한 서로 연결된 양극 측면의 금속을 소진하여 길을 열 수도 있습니다.다음 SEM 이미지는 두 컨덕터 간 확장 전기 마이그레이션의 결과를 보여줍니다.금속이 표면을 따라 이동하면 간격이 남거나 (열림) 인접한 도체에 연결된 웨이퍼 (합선) 가 형성됩니다.구멍이 뚫리는 극단적인 상황에서 전기 마이그레이션은 커버 계층 아래의 도체까지 소진할 수 있다.

PCBS의 전기 마이그레이션: 나뭇가지 모양 성장

PCBS에서도 비슷한 영향이 발생하여 다음과 같은 두 가지 가능한 전기 마이그레이션 형태가 발생합니다.

위에서 설명한 대로 표면을 따라 전기 마이그레이션

반도체염의 형성은 나뭇가지 모양의 나뭇가지 구조의 전기화학적 성장을 초래한다

이러한 영향은 서로 다른 물리적 프로세스에 의해 제어됩니다.IC와 연결된 횡단면에 비해 금속선의 크기가 매우 크기 때문에 두 도체 사이의 전류 밀도는 매우 낮을 수 있습니다.이러한 상황에서 마이그레이션은 높은 전류 밀도에서 발생하며 시간이 지남에 따라 같은 유형의 단락 성장을 초래합니다.표면층에서는 도체가 공기 중에 노출되면 그 후의 산화가 발생할 수 있다.

두 번째 상황에서 전기 이동은 일종의 전해 과정이다.그 장소는 물과 소금의 존재 하에서 전기 화학 반응을 구동한다.전해전이는 표면상의 물과 두 도체 사이의 고직류전기를 수요하는데 이는 전기화학반응과 나뭇가지모양의 성장을 구동한다.이동된 금속 이온은 수용액에 용해되어 전체 절연 라이닝으로 퍼진다.IPC2221은 인접한 도체 사이의 거리를 늘리면 그들 사이의 전장이 줄어들어 전해의 전이를 구동하는 반응을 억제하기 때문에 여기서 작용한다.

새 레이아웃의 전기 마이그레이션 분석은 이력 간격이 설계 규칙이나 업계 표준을 위반하지 않도록 설계를 점검해야 합니다.일부 기본 PCB 또는 IC 레이아웃 도구에 액세스할 수 있는 경우 이러한 규칙에 따라 레이아웃을 확인하고 위반을 발견할 수 있습니다.ICS와 PCBS가 계속 위축됨에 따라 신뢰성을 확보하기 위해 전기 마이그레이션 분석은 더욱 중요해질 수밖에 없다.