什么是EM電遷移？它帶來的影響有哪些？

電遷移簡寫為EM，electromigration，這是一種很基本的電學(xué)現(xiàn)象，可能在電路課上講的少，反而物理課上會(huì)聽過。

EM對現(xiàn)在的芯片設(shè)計(jì)有很大影響，已經(jīng)成為后端設(shè)計(jì)一個(gè)不可忽視的重要現(xiàn)象了。今天我就來簡單介紹什么是EM，以及它會(huì)帶來的影響。

EM在很早就被發(fā)現(xiàn)了，甚至在芯片誕生之前人們就發(fā)現(xiàn)了EM現(xiàn)象，但一直到芯片出現(xiàn)之后，隨著工藝越來越先進(jìn)，EM所帶來的影響才慢慢顯著起來。

它指的是：在通電導(dǎo)體中，由于電子的移動(dòng)，會(huì)與金屬離子產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致金屬離子移位，宏觀上表現(xiàn)為金屬變形，對于芯片中納米級(jí)很細(xì)的導(dǎo)線來說，久而久之可能會(huì)使net發(fā)生短路或斷路，進(jìn)而造成芯片工作失效。

EM現(xiàn)象深刻影響著芯片壽命，因?yàn)樾酒灰谑褂?，就?huì)發(fā)生EM現(xiàn)象，使用的越久，EM所累積的效應(yīng)就越多，金屬越來越變形。

如果在某個(gè)地方金屬離子大量流失，可能會(huì)在這里斷路；而如果某個(gè)地方聚集了大量別的地方來的金屬離子，net這里可能就會(huì)變寬，當(dāng)碰到旁邊導(dǎo)線的時(shí)候就會(huì)發(fā)生短路。

理論上來說芯片的壽命是有限的，只要工作的夠久，EM總會(huì)使芯片失效。對于早期不考慮EM影響的芯片，最短的壽命可能僅僅幾周；現(xiàn)在的芯片都會(huì)考慮EM現(xiàn)象，能保證芯片工作幾年。

如何來量化EM的影響呢？對于我們后端來說，一般就會(huì)看一個(gè)指標(biāo)：電流密度。我們其實(shí)就做了一個(gè)微觀到宏觀上的轉(zhuǎn)化處理，相同材料下，電流密度越大的地方EM現(xiàn)象越明顯。

因此后端在繞線的時(shí)候必須要遵守一個(gè)EM spec，這個(gè)spec規(guī)定了不同金屬層（或者說不同材料的金屬）所能承載的最大電流密度。

如果某一段shape仿真出來結(jié)果電流密度比spec大，就發(fā)生了EM violation，表明這個(gè)地方很有可能導(dǎo)致芯片壽命降低，所以這種violation也是必須要修掉的。

修的方法就從電流密度的定義著手。電流密度由導(dǎo)體橫截面積和流過電流決定，而金屬層的厚度我們無法改變，所以對我們來說就由net的寬度和電流決定了。（我突然想提一句net的橫截面一般不是長方形，而是梯形）。所以修的方法有兩種：增大net寬度，以及減小net電流。

增加寬度可以在ECO的時(shí)候給這個(gè)net上NDR，再讓tool重新繞；減小電流就可以多并聯(lián)一段shape用于分擔(dān)電流，也可以減小driver的驅(qū)動(dòng)能力。

EM存在于芯片的所有net上，不管這段net是PG、signal、還是clock線，都必須遵守EM rule。

一般會(huì)稱發(fā)生在PG上的EM為PEM，Signal上的EM為SEM。對PEM violation一般都會(huì)再多加PG mesh，SEM violation的首選方法還是上NDR。