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エレクトロマイグレーションとは何かPCBボードにおけるICエレクトロマイグレーションの解析について
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エレクトロマイグレーションとは何かPCBボードにおけるICエレクトロマイグレーションの解析について

エレクトロマイグレーションとは何かPCBボードにおけるICエレクトロマイグレーションの解析について

2022-08-24
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Author:ipcb

私たちは皆、その PCBボード 完全に導電性で安定している, しかし、実際の状況はそうではない. 現実世界は真空に囲まれた完璧な導体と絶縁体で構成されていない, そして、電界は、実システムの導体および基板と相互に作用する. ICまたはPCBを設計するかどうか, 不完全電子製品の重要な影響を考慮する必要がある. エレクトロマイグレーションとは何か? より重要な, それを防ぐ方法? PCBとICエレクトロマイグレーション解析の簡単なラウンド. 目的は、これらの装置の短絡及び開放回路を異なる条件下で防止することである. いくつかの業界標準がこの目的のために開発された. これらの規格を理解し、エレクトロマイグレーションがどのように新しい機器を故障させるのか。


電子のエレクトロマイグレーション
より多くのコンポーネントがより小さなスペースに積み重ねられるように, 特定の電位差がある2つの導体間の電場はより大きくなる. これは、高電圧電子機器のいくつかの安全上の問題につながる, 特に静電気放電(ESD). 空気によって分離された2つの導体間の高電界は、空気が絶縁破壊を受ける原因となる, それによって、アークおよび周辺回路の電流パルスを生成する. これらの放電を防止する PCBボードS等, 導体はある間隔で分離する必要がある, 導体間の電位差に依存する. 上記の間隙距離は安全性及び装置故障の防止に重要である, しかし、基板間の距離も重要である. もう一つ考慮すべき点は誘電体間の導体間の距離である. PCBで, これは、陰謀距離と呼ばれます. 導体間距離が小さい場合, 電場は大きいかもしれない, エレクトロマイグレーションの結果. 導体中の電流密度が大きい場合(IC)、または2導体間の電界が大きい場合(PCB)。エレクトロマイグレーションの駆動機構は指数関数的成長として記述できる. エレクトロマイグレーション防止, 3つのレバーを使用してデザインをプルできます。

導体間の間隔を増やす導体間の電圧を下げる(PCB基板);下の電流(ICで)で装置を操作してください。


ICにおけるエレクトロマイグレーション:開放回路と短絡回路

IC相互接続では、主な力は2つの導体とそれ以降のイオン化の間の電場ではない。対照的に、固体のエレクトロマイグレーションは、高電流密度での電子の運動量移動(散乱)によるものであり、これにより、金属は導電性経路(この場合、金属配線自体)に沿って移動する。移動速度は相互接続温度の増加とともに増加した。銅のエレクトロマイグレーションに関与する力は以下の通りである。風力は、格子内の金属原子からの電子の散乱による金属イオンに働く力を意味する。この繰り返されたイオン化と運動量は自由な金属イオンに移され、それらはアノードに向かって拡散する。この移行過程は活性化エネルギーを持つ。金属原子に移動したエネルギーがアーレニウス活性化プロセスを超えると、濃度勾配(Fickの法則)のガイダンスの下で行われる方向拡散が始まる。金属が導体の表面に引っ張られるとき、それは2つの導体をつなぐことができる構造を確立し始めます。それはまた、相互接続の陽極側上の金属を除去する。そして、オープン回路に結果としてなる。以下のSEM像は、2つの導体間の拡張エレクトロマイグレーションの結果を示す。金属が表面に沿って移動すると、ギャップ(開放回路)を残したり、隣接する導体に接続されたウィスカー(短絡)を発生する。ビアを有する極端な場合には、エレクトロマイグレーションはキャップ層の下の導体を枯渇させることさえある。


PCBにおけるエレクトロマイグレーション:樹枝状成長
PCBに同様の効果が生じるボードs、2つの可能な形のエレクトロマイグレーション:
上記の通り, 表面に沿ったエレクトロマイグレーション, 半導体塩の形成, 樹枝状構造の電気化学的成長を導く. これらの効果は異なる物理過程によって制御される. つの導体間の電流密度は、金属配線のサイズがIC相互接続部の断面に比べて非常に大きいので、低いことができる. この場合は, マイグレーションは高電流密度で起こる, 時間とともに同じタイプのスタブの成長をもたらす. 表面層上, その後、導体が空気にさらされると酸化が起こる. 第二のケースで, エレクトロマイグレーションは電解プロセスである. この分野は水と塩の存在下で電気化学反応を駆動する. 電解エレクトロマイグレーションは、表面に水を必要とし、2つの導体間の高い直流電流を必要とする, 電気化学反応と樹枝状構造の成長を駆動する. 移動した金属イオンは水溶液中に溶解し、絶縁基板100上に拡散する. 隣接する導体間の距離を増やすことは、それらの間の電界を減らす, これにより、駆動電解エレクトロマイグレーションの反応を抑制する. 新しいレイアウトにおけるエレクトロマイグレーション分析は、トレースギャップが設計規則または業界標準に違反しないように設計をチェックする必要がある. あなたが若干の基本を使うことができるならば PCBボード またはICレイアウトツール, あなたはこれらのルールに対してレイアウトをチェックし、任意の違反を見つけることができます. ICの縮小と PCBボード, エレクトロマイグレーション解析は信頼性を確保するためにますます重要になる.