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2) 電遷移(Electromigration)
電遷移現(xiàn)象是由于電源線和信號(hào)線上過高的電流密度導(dǎo)致的。
1. 金屬電源線中的過高電流密度而引起的“電子風(fēng)”,使得金屬離子遷移,從而形成了導(dǎo)線的空洞而導(dǎo)致某些情況下的斷路以及由遷移走的金屬堆積在別處而形成的短路現(xiàn)象(見圖2-3)。
2. 信號(hào)線的電遷移有時(shí)又稱為導(dǎo)線自熱,是由于互連線上信號(hào)的高速變化對(duì)電容的不斷充放電而引起的。當(dāng)脈沖通過導(dǎo)線時(shí),導(dǎo)線本身的功耗將使導(dǎo)線溫度超過氧化層溫度。氧化層和導(dǎo)線之間的溫度差異會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,最終使導(dǎo)線斷裂。低K值的電介質(zhì)熱傳導(dǎo)性差,機(jī)械強(qiáng)度低,因此用其制作的導(dǎo)線自熱問題將更為嚴(yán)重。導(dǎo)線自熱問題由來已久,但在0.25微米及其以下工藝必須采用智能化程度更高的設(shè)計(jì)工具來解決導(dǎo)線自熱問題,否則芯片將無法工作。
3) 電壓下降(IR Drop)
電壓降是由于電源線自身存在一定的電阻,或者單元的電流比預(yù)想的大而產(chǎn)生的電壓下降??蓪?dǎo)致門和信號(hào)的延遲從而引起時(shí)序退化和時(shí)鐘偏移,以及噪聲容限的降低。IC只能按規(guī)定的時(shí)序接收數(shù)據(jù),過多的信號(hào)延遲可能導(dǎo)致時(shí)序違背和功能的混亂,而且延遲會(huì)使芯片的工作頻率降低,從而影響芯片的性能。時(shí)鐘偏移還會(huì)使系統(tǒng)的功耗加大(見圖2-4)。
單純的增加電源線的寬度會(huì)降低電阻從而降低電壓降,但是那會(huì)減少可用的布線面積,因此在多數(shù)情況下并不適用。