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電流中の穴が蓄積されるによって、半田が破壊される現象
この現象は “エレクトロマイグレーション” と呼ばれます。
エレクトロマイグレーションは、半導体デバイスや電子回路において発生する信頼性の問題の一つです。この現象は、高密度の電流が流れる導体中で、電子の運動量が金属イオンに転移することによって引き起こされます。
具体的には以下のようなプロセスで発生します:
- 高密度の電流が金属配線（半田など）を流れる
- 電子が金属イオンと衝突し、運動量を転移する
- 金属イオンが徐々に移動し、空孔（ボイド）や丘（ヒロック）を形成する
- これらの欠陥が蓄積されていく
- 最終的に配線が断線したり、短絡したりして故障に至る
エレクトロマイグレーションは、特に微細化が進んだ現代の半導体デバイスにおいて重要な問題となっています。配線幅が細くなるほど、単位面積あたりの電流密度が上がるため、この現象が起こりやすくなるからです。
対策としては、配線材料の選択（例：銅配線の採用）、配線設計の最適化、動作温度の管理などが行われています。半田接合部においても、適切な材料選択や接合プロセスの最適化によってエレクトロマイグレーションのリスクを低減することが可能です。
Citations:
[1]
https://www.aictech-inc.com/information/capacitor_troubleshooting01.html
[2]
https://www.fujielectric.co.jp/products/semiconductor/model/igbt/application/box/doc/pdf/AN-154J/AN-154J.pdf
[3]
https://www.mitsubishielectric.co.jp/semiconductors/powerdevices/design_support/faq/
[4]
https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/18/82/index.html
[5]
https://www.adogawa.co.jp/cat_iso/5538.html
[6]
https://toshiba.semicon-storage.com/content/dam/toshiba-ss-v3/master/en/semiconductor/knowledge/reliability/handling-precautions-tdsc.pdf
[7]
https://www.test-navi.com/jp/report/bn/tech_no24/24.pdf
[8]
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jvsj1958/4/11/4_11_459/_pdf/-char/ja
はい、エレクトロマイグレーションは温度が高くなると発生しやすくなります。
温度とエレクトロマイグレーションの関係について、以下の点が重要です:
-
温度上昇の影響: 温度が5度上昇すると、エレクトロマイグレーション不良に起因する寿命は約70%に短くなります[3]。
-
活性化エネルギーとの関係: エレクトロマイグレーションの発生は温度に強く依存し、その関係は次の式で表されます:
ここで、trは劣化時間、Tは絶対温度、⊿Qは活性化エネルギー、kbはボルツマン定数です[1]。 -
高温環境での加速: エレクトロマイグレーションは高温、高電流密度下で発生しやすくなります[2]。
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温度勾配の影響: フリップチップ接合では、100 μm当たり1-4°C程度の温度勾配で原子輸送（サーモマイグレーション）が発生する可能性があります[2]。
これらの要因により、温度管理はエレクトロマイグレーション対策において非常に重要です。半導体デバイスや電子機器の設計では、適切な放熱設計や動作温度の管理が必要となります。また、信頼性試験においても温度条件は重要なパラメータとして考慮されます。
Citations:
[1]
https://j-ras.com/ecm.html
[2]
https://www.jstage.jst.go.jp/article/ejisso/28/0/28_308/_pdf
[3]
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/754904.html
[4]
https://www.aictech-inc.com/information/capacitor_troubleshooting01.html
[5]
https://www.mitsubishielectric.co.jp/semiconductors/powerdevices/design_support/faq/
[6]
https://www.fujielectric.co.jp/products/semiconductor/model/igbt/application/box/doc/pdf/AN-154J/AN-154J.pdf
[7]
https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/18/82/index.html
[8]
https://toshiba.semicon-storage.com/content/dam/toshiba-ss-v3/master/en/semiconductor/knowledge/reliability/handling-precautions-tdsc.pdf