电迁移

当器件工作时，金属互连线内有一定电流通过，金属离子会沿导体产生质量的输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须(小丘)，这就是电迁移现象。

产生电迁移失效的原因

内因：薄膜导体内结构的非均匀性(多晶)；

外因：电流密度变大；

q布线几何形状的影响

q热效应

q晶粒大小

q介质膜q

合金效应

q脉冲电流

抗电迁移措施

q设计

版图设计、热设计、散热器

q工艺

膜损伤、晶粒尺寸、台阶

q材料

Si-Cu－Al合金、Cu

q多层结构，以金为基的多层金属化层q 覆盖介质膜

Al2O3、Si3N4等能抑制表面扩散，压强效应和热沉效应。

1. 短路
2. 断路
3. 参数退化

银离子迁移或简称银迁移(Silver Migration)现象是指在存在直流电压梯度的潮湿环境中，水分子渗入含银导体表面电解形成氢离子和氢氧根离子：

H2O→H++OH-

银在电场及氢氧根离子的作用下，离解产生银离子，并产生下列可逆反应：

在电场的作用下，银离子从高电位向低电位迁移，并形成絮状或枝蔓状扩展，在高低电位相连的边界上形成黑色氧化银。通过著名的水滴试验可以很清楚地观察到银迁移现象。水滴试验十分简单，在相距很近的含银的导体间滴上水滴，同时加上直流偏置电压就可以观察到银离子迁移现象。笔者试验中导体间距为偏置电压为5V。加蒸馏水滴样品起始电流为0．08mA，20min后银迁移发生形成导通。加自来水滴时起始电流为0．15mA，10min后形成导通。在厚膜电路陶瓷基板上，和PCB上均可观察到银迁移现象。

银离子的迁移会造成无电气连接的导体间形成旁路，造成绝缘下降乃至短路。除导体组份中含银外，导致银迁移产生的因素还有：基板吸潮；相邻近导体间存在直流电压，导体间隔愈近，电压愈高愈容易产生；偏置时间；环境湿度水平；存在离子或有沾污物吸附；表面涂覆物的特性等。

银迁移造成旁路引起失效有以下特征：

在高湿存在偏压的情况下产生；银离子迁移发生后在导体间留下残留物，在干燥后仍存在旁路电阻，但其伏-安特性是非线性的，同时具有不稳定和不可重复的特点。这与表面有导电离子沾污的情况相类似。

银迁移是一个早已为业界所熟知的现象，是完全可预防的：在布局、布线设计时避免线间距相邻导体间直流电位差过高；制造表面保护层避免水汽渗入含银导体。对产品使用环境特别严酷的(如接近100%RH，85℃)可将整个电路板浸封或涂覆来进行保护。此外，焊接后清洗基板上助焊剂残留物，亦可防止表面有导电离子沾污。

直流电流通过导体时，金属中产生的质量输运现象就称为金属化电迁移，即金属中的离子迁移。自1966年发现Al膜电迁移是硅平面器件的一个主要失效原因以来，对器件中金属化电迁移现象就进行了广泛而深入的研究。

金属是晶体，在晶体内部金属离子按序排列。当不存在外电场时，金属离子可以在晶格内通过空位而变换位置，这种金属离子运动称为自扩散。因为任一靠近邻近空位的离子有相同的概率和空位交换位置，所以自扩散的结果并不产生质量输运。当有直流电流通过金属导体时，由于电场的作用就使金属离子产生定向运动，即金属离子的迁移现象。电迁移伴随着质量的输运。 所谓金属电迁移失效，通常是指金属层因金属离子的迁移在局部区域由质量堆积(Pileup)而出现小丘(Hillock s)或品须，或由质量亏损出现空洞(Voids)而造成的器件或互连性能退化或失效。通常在高温、强电场下引起。不同的金属产生金属化电迁移的条件是不同的。