¿Qué produce y cómo se produce la electromigración?

¿Qué produce y cómo se produce la electromigración?

Javier López

Cualquier sistema electrónico, desde que nace, tiene que cargar con una carga como el resto de los seres vivos desde que nacemos. La degradación de los organismos tiene su alter ego en la electrónica con la llamada electromigración, la cual para muchos es una gran desconocida. Pero, ¿qué es exactamente lo que la produce y cómo es posible que un chip termine degradándose con el tiempo?

La semana pasada ya vimos lo que era la electromigración como concepto general, donde la migración del material era la clave de todo. Pero el qué lo produce y sobre todo el cómo lo dejamos para este artículo, algo más técnico y específico que puede poner un poco de calma a ciertos usuarios que temen hacer, por ejemplo, overclock.

Los flujos de corriente son claves para que se produzca

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Evidentemente, todo el proceso de electromigración corresponde a los flujos de corriente y a la corriente en sí misma. Un flujo de corriente en un semiconductor produce dos fuerzas a las cuales los iones metálicos están expuestos como un conductor común.

Una de estas fuerzas es la conocida como electrostática, la cual es lógicamente causada por el campo eléctrico que se produce por la interconexión metálica. En ella, los iones positivos y negativos están «protegidos» unos de otros, donde ambos respetan las cualidades y espacio del otro.

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La segunda fuerza es generada por la transferencia de impulso entre los electrones de conducción y los iones metálicos, la cual actúa en la dirección del flujo de corriente y que en último término es la responsable directa de la tan conocida electromigración. Si un chip estuviera diseñado de forma totalmente homogénea en cuanto a su cableado interno no habría problemas con los flujos de corriente, puesto que la misma cantidad de material e iones se repondría de un sitio al otro.

Pero esto está lejos de una práctica real, puesto que los chips, procesadores o GPU distan mucho de ser homogéneos, ya que existen fugas entre las distintas capas, diferentes densidades, tolerancias en el grabado o fabricación de las obleas, gradientes de tensión mecánica en cualquiera de los procesos y así un largo etc.

La perfección de un chip no existe, siempre tenderá a la electromigración

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Las inhomogeneidades son las principales culpables de que la electromigración se produzca, ya que causan divergencias en el flujo de difusión, degradando ciertos metales en un proceso que se hace llamar como «agotamiento».

El agotamiento del metal provoca con el paso del tiempo que haya interconexiones con errores e interrupciones en el flujo de corriente, debido principalmente al crecimiento de una serie de filamentos en forma de pequeños pelos en la superficie del metal a nivel microscópico que pueden causar pequeños cortocircuitos.

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Este tipo de problema se le conoce como agotamiento de línea y va muy ligado a la densidad de la corriente por el metal. Una alta densidad de corriente provoca al mismo tiempo una degradación transversal que es la que causa un aumento de la temperatura por el calentamiento de Joule, como ya vimos en el artículo original.

En definitiva, un mayor voltaje (mayor corriente), mayor temperatura y en menor medida una mayor humedad, facilitan o aceleran el proceso de electromigración, algo de lo que ningún chip se salvan mientras por el corra energía.