PCB部落格 - 什麼是電遷移？ PCB板中IC電遷移的分析

我們都希望 電路板 可以完全導電和穩定, 但實際情況並非如此. 現實世界不是由真空包圍的完美導體和絕緣體組成的, 電場將與實際系統中的導體和基板相互作用. 無論是設計IC還是PCB, 有必要考慮不完美電子產品的重要影響：電遷移. 什麼是電遷移？為什麼會發生? 更重要的是, 如何預防? 一輪簡單的PCB和IC電遷移分析. 目的是防止這些設備在不同條件下短路和開路. 為此製定了一些行業標準.您需要瞭解這些標準以及電遷移如何導致新設備故障

電子中的電遷移

隨著更多組件堆疊在更小的空間中，

具有特定電位差的兩個導體之間的電場變得更大. 這導致了高壓電子設備中的一些安全問題, 特別是靜電放電（ESD）。被空氣隔開的兩個導體之間的高電場將導致空氣發生介質擊穿, 從而在周圍電路中產生電弧和電流脈衝. 為了防止這些放電 PCB板s或其他設備, 導線之間需要有一定的間距, 這取決於導體之間的電位差. 上述間隙距離對於安全和防止設備故障非常重要, 但穿過基板的距離也很重要. 另一個需要考慮的點是穿過電介質的導體之間的距離. 在PCB中, 這稱為爬電距離. 當導體之間的距離較小時, 電場可能很大, 導致電遷移. 當導體中的電流密度大（在IC中）或當兩個導體之間的電場大（在PCB中）時， 驅動電遷移的機制可以描述為指數增長. 防止電遷移, 您可以使用三個杠杆來拉動設計：

新增導體之間的間距（PCB板中）； 降低導體之間的電壓（PCB板中）； 以較低的電流（在IC中）操作設備。

IC中的電遷移：開路和短路

在IC互連中，主要的力不是兩個導體之間的電場和隨後的電離。 相反，固態電遷移是由於高電流密度下的電子動量轉移（散射），這導致金屬沿導電路徑移動（在這種情況下，金屬互連本身）。 遷移速度隨著互連溫度的新增而新增。 銅電遷移所涉及的力如下。 風力是指由於電子從晶格中的金屬原子散射而施加在金屬離子上的力。 這種重複電離和動量被轉移到自由金屬離子上，導致它們向陽極擴散。 該遷移過程具有活化能。 當轉移到金屬原子的能量超過阿倫尼烏斯活化過程時，在濃度梯度（菲克定律）的指導下開始定向擴散。 當金屬被拉到導體表面時，它開始建立能够橋接兩個導體的結構，從而導致短路。 它還會耗盡互連陽極側的金屬，導致開路。 下麵的SEM影像顯示了兩個導體之間擴展電遷移的結果。 當金屬沿表面遷移時，會留下間隙（開路）或產生與相鄰導體連接的晶須（短路）。 在具有通孔的極端情况下，電遷移甚至可能耗盡覆蓋層下的導體。

PCB中的電遷移：樹枝狀生長

PCB中也會出現類似的效果 板 s、導致兩種可能的電遷移形式：

如上所述，沿表面的電遷移, 電晶體鹽的形成, 導致樹枝狀結構的電化學生長. 這些效應由不同的物理過程控制. 兩個導體之間的電流密度可能較低，因為與IC互連的橫截面相比，金屬跡線的尺寸非常大. 在這種情況下, 遷移將在高電流密度下發生, 導致相同類型的短截線隨時間增長. 在表層, 當導體暴露於空氣中時，隨後可能發生氧化. 在第二種情况下, 電遷移是一種電解過程. 該場在水和鹽存在下驅動電化學反應. 電解電遷移需要表面上的水和兩個導體之間的高直流電, 這將驅動電化學反應和樹枝狀結構的生長. 遷移的金屬離子溶解在水溶液中並擴散到整個絕緣基底上. 新增相鄰導體之間的距離會降低它們之間的電場, 從而抑制驅動電解電遷移的反應. 新佈局中的電遷移分析需要檢查設計，以確保跡線間隙不違反設計規則或行業標準. 如果你能使用一些基本的 PCB板 或IC佈局工具, 您可以根據這些規則檢查佈局，並發現任何違規情况. 隨著集成電路的收縮 電路板, 為了確保可靠性，電遷移分析將變得越來越重要.