Electromigration (EM) and Electrochemical Migration (ECM)

Elektromigration (EM) und Elektrochemische Migration (ECM)

Wednesday, January 26, 2011

Sonntag, 30. Januar 2011, von Andy Mackie [Biographie ansehen]

Diese Woche wurde ich darum gebeten, etwas zum demnächst erscheinenden IPC-Handbuch, im Abschnitt über Kontamination und seine Auswirkung auf gedruckte Schaltungsbaugruppen, beizutragen. Es findet ein eindeutiger Technologieumschwung von der standardmäßigen SMT / PCB-Arena zum Halbleiter-Schaltungsbaugruppe statt: besonders bei Flip-Chip-, Mikro-Bump- und TSV-Baugruppe. Die Fachausdrücke beginnen jedoch zu "kollidieren": Ausdrücke, die den Herstellern von Halbleitern vertraut sind, müssen nun von Ingenieuren der Halbleiter-Gehäuse-Technologie, die in den SMT-Bereich kommen, verstanden und in ihren Wortschatz aufgenommen werden. Um ehrlich zu sein basiert dieser Blogbeitrag auf einem Vortrag, den ich 2009 auf dem IWLPC-Meeting gehalten habe. Wahrscheinlich lohnt es sich aber, diesen für ein breiteres Publikum zu wiederholen.

Elektrochemische Migration (ECM)

Die ECM ist durch die Bewegung von Metallionen ZWISCHEN angrenzenden Metalleitern charakterisiert, um Dendriten zu bilden. Die wichtigsten Kontrollparameter hierbei sind:

- Feuchtigkeit oder hohe Luftfeuchtigkeit, gemessen in %RL

- Vorhandensein mobiler Metallionen

- Ein hohes Potentialgefälle, das in Volt pro Längeneinheit (z.B. V/cm) ausgedrückt wird

Eine hohe Temperatur kann das Problem ebenfalls verschärfen. Die positiv aufgeladenen, hydratisierten Metallionen bewegen sich auf die Kathode (-ve) zu und bilden einen Dendrit, eine nadelähnliche oder baumartig verzweigte Metallstruktur. Der Dendrit ist der primäre, sichtbare Indikator für eine ECM. ECM Diagram

Elektromigration (EM)

EM tritt hingegen INNERHALB eines Metallleiters auf, wenn eine große Anzahl von Hochgeschwindigkeits-Elektronen auf Metallatome aufprallen und sie durch eine einfache Impulsübertragung verdrängen. Die Hauptfaktoren für eine EM sind:

- Hohe Temperatur

- Vorhandensein mobiler Metallatome

- Eine hohe Stromdichte, die in Ampere pro Flächeneinheit (zum Beispiel A/cm2) ausgedrückt wird

Es ist wichtig zu wissen, dass die Luftfeuchtigkeit oder andere umgebungsbedingte Feuchtigkeit keinen Einfluss auf die EM hat, da die EM in innerhalb einer Metallverbindung auftritt. EM Diagram
Der primäre, sichtbare Indikator für eine EM ist das Vorhandensein von Hohlräumen an Punkten in einer Metallverbindung nahe der Anode (+ve), häufig wenn die Stromdichte am höchsten ist (der "Current Crowding"-Effekt - siehe unten"). Current Crowding 3

Die Hohlräume werden üblicherweise innerhalb der Verbindung beobachtet und können zu thermischer Instabilität und Fehlern in der Verbindung führen, da die tatsächliche Querschnittsfläche der Verbindung mit der Zeit schrumpft und somit die Stromdichte erhöht wird.

Ich hoffe diese Erklärung ist verständlich und ergibt Sinn.

Bis bald! Andy

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