エレクトロケミカルマイグレーションとエレクトロマイグレーションの違い

電子部品やプリント基板は微細化が進んでいますが、それに伴って発生しやすくなるのがエレクトロケミカルマイグレーション（ECM）とエレクトロマイグレーション（EM）です。いずれも「マイグレーション」と呼ばれる故障ですが、原因や影響、試験方法は異なります。この記事では、ECMとEMの概要や違いについて解説します。

マイグレーション試験を依頼する前に確認したい試験条件

エレクトロケミカルマイグレーションやエレクトロマイグレーションの評価を依頼する際は、まず試験対象や目的に合った条件を整理しておくことが大切です。とくにマイグレーション試験では、印加電圧の大きさや高温高湿環境の有無によって、適した試験機・試験槽が変わる場合があります。

たとえば、狭ピッチのプリント基板や微小電子部品では低電圧での細かな評価が求められる一方、EV部品やパワーデバイスでは高電圧条件での評価が必要になるケースもあります。また、水分や湿度の影響を確認したい場合は、HAST装置や恒温恒湿槽との組み合わせも検討対象になります。

低電圧条件での評価が必要なケース

低電圧条件での評価は、狭ピッチ基板や小型電子部品、微細な配線を持つ部品などで検討されることがあります。導体間の距離が短い場合、わずかな絶縁劣化でも不具合につながる可能性があるため、数V〜数十V程度の電圧を安定して印加できる試験環境が求められます。

試験を依頼する際は、評価したい部品の使用電圧や導体間距離、測定したいチャンネル数などを事前に整理しておくと相談しやすくなります。低電圧領域では、電圧制御の細かさや測定精度も確認しておきたいポイントです。

高電圧条件での評価が必要なケース

高電圧条件での評価は、EV関連部品やパワーデバイス、高電圧回路を含む部品などで必要になる場合があります。こうした対象では、通常の電子部品向け試験よりも高い電圧を印加することがあるため、必要な電圧範囲に対応できる試験機を選ぶことが重要です。

低電圧向けの試験機では、求める条件を満たせない可能性があります。受託試験を依頼する場合も、試験対象の定格電圧や想定される使用環境、必要な印加電圧を伝えたうえで、高電圧評価に対応できるか確認しましょう。

高温高湿環境を再現するならHAST併用も確認

エレクトロケミカルマイグレーションは、水分やイオンの影響を受けて発生することがあります。そのため、湿度や温度を高めた環境で耐性を確認したい場合は、試験機だけでなく、HAST装置や恒温恒湿槽との併用も検討する必要があります。

HAST併用の試験では、温度・湿度・印加電圧・試験時間などの条件設定が評価結果に関わります。依頼前には、実使用環境に近い条件で確認したいのか、より厳しい加速条件で評価したいのかを整理しておくと、適した試験方法を選びやすくなります。

このように、マイグレーション試験は「何を評価したいか」によって必要な条件が変わります。試験依頼を検討する際は、低電圧向け・高電圧向け・HAST併用のいずれが必要かを確認したうえで、試験機や受託試験先を選びましょう。

印加電圧の大きさ別
マイグレーション試験機を見る

試験条件を検討するには、まずECMとEMの違いを理解しておくことも重要です。以下では、それぞれの発生原因や評価方法の違いを解説します。

エレクトロケミカルマイグレーション（ECM）とは？

エレクトロケミカルマイグレーション（electrochemical migration：ECM）とは、水分や特定のイオンが関与して絶縁不良を引き起こす現象です。基板設計や使用環境によってリスクが高まるため、注意が必要とされます。

発生の場所と原因

ECMは、電子機器の基板や導体間で発生します。本来は電気を通さない絶縁部分に、水分や汚れなどの影響で金属イオンが溶け出して移動すると、隣の導体に到達してしまうことがあります。その結果、「デンドライト」と呼ばれる金属の細い橋が成長し、ショートにつながることがあります。

影響とリスク

エレクトロケミカルマイグレーションが発生すると隣接する電気配線が金属でつながり、本来電気が流れない経路に電流が流れてしまいます。これによりショートが起こり、基板の破損につながる場合があります。ショートの規模によっては発火の恐れもあるため、十分な対策が求められます。

試験方法と評価

代表的な評価方法として、「ECM試験」があります。ECMは導体間に電圧が加わることで起こりやすくなるため、試験では回路基板の試料に電圧をかけ、湿度や温度を高めて耐性を評価します。

エレクトロマイグレーション（EM）とは？

エレクトロマイグレーション（electromigration：EM）とは、電子デバイス内部にある金属配線が強い電流密度の影響を受けた場合に発生する現象です。

発生の場所と原因

主に半導体チップや配線の内部で発生し、微細化が進んだIC（集積回路）で起こりやすいとされています。原因は、配線内の金属原子が長時間の大電流によって移動することです。電子が原子と衝突しながら流れることで原子が移動し、これが繰り返されると断線や短絡を引き起こす可能性があります。

影響とリスク

エレクトロマイグレーションによって配線の金属が移動すると、断線が発生するリスクがあり、一部ではショートの原因になることもあります。外見から劣化を確認することは難しく、気づかないうちに半導体やICチップの寿命を短くする要因となります。

試験方法と評価

EMは大電流によって起こる現象のため、試験では配線に電流を流して評価します。温度の影響を大きく受けることから、高温環境で電流を流し続ける試験方法が一般的です。

ECMとEMの違いを踏まえて適した試験方法を選ぼう！

名前は似ていますが、エレクトロケミカルマイグレーション（ECM）は外部環境に起因し、エレクトロマイグレーション（EM）は電流の影響によって発生する点に違いがあります。それぞれの特性を理解したうえで、目的に応じた試験方法を選ぶことが重要です。