Abnutzung der Kontakte durch Elektromigration

///Abnutzung der Kontakte durch Elektromigration
  • Abnutzung der Kontakte durch Elektromigration

    Eine Besonderheit mit außerordentlich negativen Auswirkungen beim Einsatz des leichten Aluminiums ist das Phänomen der Elektromigration. Dabei wandert das Metall bei hoher Strombelastung mit den fließenden Elektronen, die auf die Metallatome Impuls übertragen. An stark eingeschnürten Leiterbahnen, an denen der Elektronenstrom eingegrenzt wird, setzt dann ein hoher Materialschwund ein, durch den die Leiterbahn weiter verengt und schließlich komplett unterbrochen werden kann.

    Bei der Gestaltung der Leiterbahnen muss dieser Effekt berücksichtigt werden, besonders an den unvermeidbaren Verengungen, die bei der Metallbeschichtung über Ebenen mit scharfen Kanten entstehen.

    In Bereichen geringer Stromdichte lagert sich im Gegensatz dazu zusätzliches Material an, wodurch ebenfalls sehr nachteilige Auswirkungen auftreten. Das Metall bildet dadurch Hügel (englisch „Hillocks“ genannt), wodurch folgende Schichten aufgesprengt werden können. Damit kann zum Beispiel die Wirkung einer schützenden Oberflächenschicht aufgehoben werden, wodurch das Material der Korrosion preisgegeben ist. Auch isolierende Schichten zwischen verschiedenen Leiterebenen können damit durchbrochen und unwirksam gemacht werden.

    Verwendet man zur Kontaktierung eine Legierung mit geringem Kupfergehalt, so verringert sich der Effekt der Elektromigration bereits merklich. Dadurch verkompliziert sich allerdings der Strukturierungsprozess.