elektronenmigratie

[procyon]

Dingen die ik me altijd al afvroeg:

Wat gebeurt er nou als je meer volt op je processor zet, worden de amplitudes in de stroompjes dan groter?

En wat is elektronenmigratie?

Hoe kan het dat er geen 40 ampere door een naald kan lopen, maar wel door die dunne schakelingen in je processor??

Zoals je ziet iets diepgaandere vragen, beetje op natuurkunde niveau.

Graag reacties van mensen die het echt weten.
thx

[Juicy]

Op woensdag 12 juni 2002 22:55 schreef Procyon for life het volgende:
Hoe kan het dat er geen 40 ampere door een naald kan lopen, maar wel door die dunne schakelingen in je processor??

Neem een paar 1000 naalden en bundel ze ... Voila, een dikke draad die makkelijk wat amperes aan kan.

[procyon]

Op woensdag 12 juni 2002 22:59 schreef Juicy het volgende:

[..]
BLAAT

Graag reacties van mensen die het echt weten.

[Verwijderd]

Op woensdag 12 juni 2002 22:59 schreef Juicy het volgende:

[..]

Neem een paar 1000 naalden en bundel ze ... Voila, een dikke draad die makkelijk wat amperes aan kan.

jah en in een processor zitten kabels van 5 cm doorsnee
/me doesn't get the picture

[Illusion]

euhm... die 40 ampere door een naald kan in een processor vanwege: ZEER korte afstand, beter geleidingsmateriaal, veel koeling...
En bovendien is 40A wel erg veel. Zeg dat een CPU op 2volt loopt, 100Watt gebruikt, met in totaal ca 100 datalijnen. Dan is het nog maar 1 watt per datalijn (je "naald") en dat is slechts 0,5 A.

Voor elektronenmigratie zul je dit topic denk ik naar W&L moeten verplaatsen.....

[Cryonist]

Er gaat geen 40Ampere door je processor! , dat zou hem opblazen denk ik. Ik denk dat je 40mA bedoeld. Dat kan denk ik wel en als het niet zo is een draad in een moederbord een veeel beter geleider dan de naald.

Electronen migratie is volgens mij als je teveel electronnen op een te kleine weg gooit of teveel stroom op zo'n kleine weg dat de electronen dan niet meer die weg gaan volgen. En hierdoor ga je dataverlies krijgen (de 1en en 0en zijn electronen)

[Verwijderd]

een naald is van ander materiaal dan je proccie hoor, in de proc zitten allerlei geoptimaliseerde alliages van metalen, knap stukje technisch hoogwerk Vandaar dat een procc wel wat meer aankan dan een doorsnee metalen naald

[Verwijderd]

Waar haal jij die 40A vandaan?

Als er een grote stroom door je processor loopt, dan loopt het niet door één "schakeling", maar door vele duizenden transistoren.

En dat bedoelt Juicy.
Dat hoef je dus niet af te doen met geblaat als je het niet begrijpt.

Daar komt nog bij dat er kortstondig best een stroom van 40A door een naald kan.

[Selfdefence]

Op woensdag 12 juni 2002 22:55 schreef Procyon for life het volgende:
Dingen die ik me altijd al afvroeg:

Wat gebeurt er nou als je meer volt op je processor zet, worden de amplitudes in de stroompjes dan groter?
Ja, een 10% hogere vcore veroorzaakt 10% grotere stromen en dus 21% meer opgenomen vermogen. De relatie tussen spanning en stroom voldoet, in een beperkt gebied om de originele vcore, gewoon aan de wet van Ohm.

En wat is elektronenmigratie?
Google zoeken op 'electromigration'

Hoe kan het dat er geen 40 ampere door een naald kan lopen, maar wel door die dunne schakelingen in je processor??
Als je een naald net zo goed koel als je processor, kan je er best 40A door laten lopen

Zoals je ziet iets diepgaandere vragen, beetje op natuurkunde niveau.

Graag reacties van mensen die het echt weten.
thx

[AcouSE]

Op woensdag 12 juni 2002 22:55 schreef Procyon for life het volgende:
Dingen die ik me altijd al afvroeg:

Wat gebeurt er nou als je meer volt op je processor zet, worden de amplitudes in de stroompjes dan groter?

Zoals je ongetwijfeld weet geeft een hoger voltage over een weerstand een grotere stroom. Als je een flank bij het schakelen nou beschouwd als het laden van een condensator (wat het wel ongeveer is), dan kun je hieruit afleiden dat deze sneller geladen is (tot het schakelpunt) bij een hoger voltage. Piekstromen worden inderdaad groter.

En wat is elektronenmigratie?

M'n halfgeleider-kennis is wat weggezakt, maar volgens mij is het zo: Als je twee materialen met elkaar in contact brengt (mechanisch en dicht bij elkaar), treed er elektronenmigratie op in de gezamelijke barierrelaag (het raakvlak) als gevolg van bepaalde eigenschappen van de electronen. Dit effect wordt versterkt door extreme warmte en hoge stromen. Doordat er nu een groter ladingsverschil (=spanningsval, een paar mV) is tussen de twee lagen, is het moeilijker een stroom door de overgang te krijgen.


In het bovenste plaatje zie je wat er gebeurt: twee materialen worden samengedrukt en electronen migreren van links naar rechts. In het onderste deel de uiteindelijke situatie: De electronen zijn verplaatst en hebben gaten (positieve lading) achtergelaten. Resultaat: Een spanning als gevolg van de verplaatste lading/onbalans.

offtopic: zou je ze nu snel van elkaar afhalen, dan kun je 10-tallen kilovolts opwekken (zoals bij statische ontladingen)

Hoe kan het dat er geen 40 ampere door een naald kan lopen, maar wel door die dunne schakelingen in je processor??

Laten we voor het gemak even zeggen dat een moderne processor is opgebouwd uit 10-tal miljoen paren, waarvan er bij een transitie 10 miljoen paren schakelen. 40A/10x10⁶=0,4mA per paar. Da's toch niet zo bijzonder?

[procyon]

Op donderdag 13 juni 2002 00:29 schreef exter het volgende:
Waar haal jij die 40A vandaan?

Beetje processor verbruikt 100 Watt, voltage is daarbij 1,8 volt. (een t-bird)
Ampere is dan 100 : 1.8 = 55 Ampere

Als er een grote stroom door je processor loopt, dan loopt het niet door één "schakeling", maar door vele duizenden transistoren.

En dat bedoelt Juicy.
Dat hoef je dus niet af te doen met geblaat als je het niet begrijpt.

Wat Joucy zei kon ik ook nog wel bedenken, schiet ik dus niets mee op.
Houd er rekening mee dat de stroomkring via de processor pinnen loopt.
Misschien is het wel zo dat het totale ampere verdeeld wordt over een aantal processor pinnen.. want vergis je niet, al die pinnetje staan met de core in contact door hele kleine draadjes .01 milimeter, en geloof me daar kan bijna geen stroom doorheem.
Toch nog geen goed antwoord dus.

Daar komt nog bij dat er kortstondig best een stroom van 40A door een naald kan.

Dar zal wel maar daar hebben we het niet over, we hebben het over een processor (en die staan meestal langer onder stroom )

Op woensdag 12 juni 2002 23:11 schreef Illusion het volgende:
euhm... die 40 ampere door een naald kan in een processor vanwege: ZEER korte afstand, beter geleidingsmateriaal, veel koeling...

Volgens mij ging het altijd om de dikte van de draad, ipv de lengte ??
Je zei dat 40 ampere veel was? kijk maar even hierboven 55 ampere is veel waarschijnlijker.

Op woensdag 12 juni 2002 23:12 schreef GoUdViS het volgende:
Er gaat geen 40Ampere door je processor! , dat zou hem opblazen denk ik. Ik denk dat je 40mA bedoeld. Dat kan denk ik wel en als het niet zo is een draad in een moederbord een veeel beter geleider dan de naald.

Electronen migratie is volgens mij als je teveel electronnen op een te kleine weg gooit of teveel stroom op zo'n kleine weg dat de electronen dan niet meer die weg gaan volgen. En hierdoor ga je dataverlies krijgen (de 1en en 0en zijn electronen)

No offence, ik denk dat jij ook nog wel wat kan leren in dit topic.

Op donderdag 13 juni 2002 08:10 schreef AcouSE het volgende:

Laten we voor het gemak even zeggen dat een moderne processor is opgebouwd uit 10-tal miljoen paren, waarvan er bij een transitie 10 miljoen paren schakelen. 40A/10x10⁶=0,4mA per paar. Da's toch niet zo bijzonder?

Om te beginnen, dank je voor je serieuze bijdrage!

Wat ik aan het laatste stuk van je verhaal niet snap is dat je de stroom verdeeld over het aantal paren schakelingen.
Dat is dus al in de core.

Maar de processor krijgt zijn stroom via een paar processor pinnen (natuurlijk lang niet allemaal).
Deze paar pinnen verdelen de 55 ampere, pinnen zijn dik dus ok het zou wel kunnen.
Maar vervolgens staan die pinnen met de core in verbinding door hele kleine lasdraadjes. En die Zijn echt heel dun.
Hoa kan dat dan?
Ik denk namelijk dat als je die lasdraadjes van alle pinnen bij elkaar pakt, dat ze samen nog maar een diameter hebben van .1 MM en daar kan nooit 55 ampere doorheen

[FragFrog]

Op donderdag 13 juni 2002 08:10 schreef AcouSE het volgende:


M'n halfgeleider-kennis is wat weggezakt, maar volgens mij is het zo: Als je twee materialen met elkaar in contact brengt (mechanisch en dicht bij elkaar), treed er elektronenmigratie op in de gezamelijke barierrelaag (het raakvlak) als gevolg van bepaalde eigenschappen van de electronen. Dit effect wordt versterkt door extreme warmte en hoge stromen. Doordat er nu een groter ladingsverschil (=spanningsval, een paar mV) is tussen de twee lagen, is het moeilijker een stroom door de overgang te krijgen.

[afbeelding]
In het bovenste plaatje zie je wat er gebeurt: twee materialen worden samengedrukt en electronen migreren van links naar rechts. In het onderste deel de uiteindelijke situatie: De electronen zijn verplaatst en hebben gaten (positieve lading) achtergelaten. Resultaat: Een spanning als gevolg van de verplaatste lading/onbalans.

Wat jij beschrijft komt op mij over als Lorentzkracht, oftewel magnetische kracht op een geladen deeltje. In een magnetisch veld gedragen elektronen zich idd zoals in jouw plaatjes, en wekken daarmee een potentiaalverschil op. hmmz, zodra ik thuis ben zoek ik't wel ff op. Maar dit is volgens mij niet wat hij bedoelt met electronenmigratie.

Dit proces werd een paar jaar geleden beschreven in een of ander tijdschrift, volgens mij ongeveer zo:

Telkens wanneer een transistor of relais ('t was 1 van de 2 ) dichtklapt neemt'ie van 1 kant wat elektronen mee en geeft die af aan de andere kant. Wanneer dit nou maar lang genoeg duurt, en duizenden keren per seconde heb je kans dat er een potentiaalverschil optreed tussen de 2 kanten van de transistor. *flits* dus

[AcouSE]

Op donderdag 13 juni 2002 12:07 schreef FragFrog het volgende:
[..]

Ook mogelijk, zoals ik al zei, m'n theorie is niet zo super. Bovenstaand effect bestaat in ieder geval wel, misschien dat het niet 100% onder electronenmigratie valt...

Op donderdag 13 juni 2002 11:33 schreef Procyon for life o.a. het volgende:
Om te beginnen, dank je voor je serieuze bijdrage!

Wat ik aan het laatste stuk van je verhaal niet snap is dat je de stroom verdeeld over het aantal paren schakelingen.
Dat is dus al in de core.

Maar de processor krijgt zijn stroom via een paar processor pinnen (natuurlijk lang niet allemaal).
Deze paar pinnen verdelen de 55 ampere, pinnen zijn dik dus ok het zou wel kunnen.
Maar vervolgens staan die pinnen met de core in verbinding door hele kleine lasdraadjes. En die Zijn echt heel dun.
Hoa kan dat dan?
Ik denk namelijk dat als je die lasdraadjes van alle pinnen bij elkaar pakt, dat ze samen nog maar een diameter hebben van .1 MM en daar kan nooit 55 ampere doorheen

Laten we even beginnen met het volgende: Wire-bonds (zo heten ze, en niet lasdraadjes ) worden niet meer toegepast in de moderne processors. Deze bestaan uit flip-chips op een substraat. Het contact wordt hier gemaakt met solder-bumps (kleine balletjes soldeer) of gold-bumps.

Maar als we dat even buiten beschouwing laten, dan is het nog altijd zo dat de gouddraadjes in de processor niet vergelijkbaar zijn met draad in de buitenwereld. ten eerste zijn ze ontzettend zuiver. Ten tweede is de atmosfeer binnen in de processor beschermend. Tezamen levert dit op dat de draadjes waanzinnig warm kunnen worden zonder dat ze verbranden: Er is immers geen vervuiling aanwezig om te corroderen. Daarnaast is het heel eenvoudig mogelijk meerdere draadjes parallel te zetten: Het lead-frame is in relatie tot de wire-bonds zeer breed en je kunt gemakkelijk meerdere bonds naast elkaar zetten.

Zoals je ziet heb je nu een onderwerp getroffen waar ik een heel deel van weet, dus ik beantwoord graag meer vragen, maar niet nu, ik moet ff naar een klant.
[edit]
Als je ook pics wilt zien van die wire bonds en bump-studs moet je het ff zeggen...

[procyon]

AcouSE, graag zou ik er wat meer over lezen.
irnetessant dit..
alvast bedankt

[Verwijderd]

Op donderdag 13 juni 2002 11:33 schreef Procyon for life het volgende:



Dar zal wel maar daar hebben we het niet over, we hebben het over een processor (en die staan meestal langer onder stroom )

Daar hebben we het wel over, het voorbeeld komt nota bene van jezelf en als je vergeten bent wat je geschreven hebt moet je gewoon de eerste post nog eens lezen.


Volgens mij ging het altijd om de dikte van de draad, ipv de lengte ??

Het gaat om de lengte en de dikte van de draad, die twee gegevens bepalen samen met de materiaalsoort de weerstand.

Je mag hier best vragen stellen, maar er wordt wel van uit gegaan dat je zelf ook wat onderzoek verricht en de simpele materie als weerstand van een geleider kun je ook in de search wel vinden.

[procyon]

Op donderdag 13 juni 2002 13:59 schreef exter het volgende:
Daar hebben we het wel over, het voorbeeld komt nota bene van jezelf en als je vergeten bent wat je geschreven hebt moet je gewoon de eerste post nog eens lezen.

Hey irritantje, jij zegt:

"Daar komt nog bij dat er kortstondig best een stroom van 40A door een naald kan."

Ik zeg: Daar heb ik het niet over, (ik heb nooit beweerd dat dat kortstondig niet zou kunnen).

jouw reactie daarop:

Daar hebben we het wel over, het voorbeeld komt nota bene van jezelf en als je vergeten bent wat je geschreven hebt moet je gewoon de eerste post nog eens lezen.

Hoe oud ben je eigenlijk?
nu graag weer even ontopic

[Verwijderd]

Gaan we persoonlijk worden?

Ik zeg toch ook niet dat ik jou een arrogante lul vind?

Je moet beseffen dat jij hier de vragensteller bent en dat de mensen die reageren proberen om jou te helpen, en als jij dat zo nodig moet afdoen met geblaat en dat hoef je niet te vertellen want ik weet het allemaal wel dat is dat op zijn zachtst gezegd knap onfatsoenlijk.

Behalve een computercursus zou je ook kunnen denken aan een cursusje sociale vaardigheden.

[AcouSE]

edit:

HOLA! exter en Procyon for life, laten we het even gezellig houden! Nu hebben jullie elkaar meegedeeld hoe graag jullie met elkaar praten, dus dat hebben we nu gehad en dus nu weer ontopic.
_{ben trouwens ook benieuwd hou oud jij bent exter, maar dat was ik al een poosje. Staat nl niet in je profile}

FF wat plaatjes, beginnend met een P1. Let niet op de breuk, dat komt door mijn ietswat hardhandige manier van openen. Wat je ziet is dat de core ondersteboven (dwz. met de bovenkant in de richting van de pinnen) op de ceramische drager is gelijmd. De pinnen worden via een leadframe in twee lagen aan de core aangeboden. De verbindingen zijn gemaakt met gouddraad volgens een thermosonic Au-ball bonding process.


De volgende is een processor _{(en nee, ik kan niet vertellen welke. Als je het weet, verzoek ik je vriendelijk dit niet openbaar te maken)} op een MCM substraat (MultiChipModule) uitgevoerd in Thickfilm. De wirebonds zijn duidelijk te zien.


Als 3e hebben we hier een flip-chip voorzien van balls/bumps. Omdat deze chip zo klein is zijn de bumps gewoon op de wirebond-pads gezet. We praten dus klein hier, elke bump is net ietsje breder als de draadjes die je op de foto hierboven ziet.


De laaste foto is zo ongeveer zoals je processor thuis eruit ziet: Een massa bumps in een matrix. Op je substraat liggen kopervlakken waar de chip op gemonteerd wordt. Vervolgens wordt de underfill eronder gespoten. De stroom naar de eigenlijke core gaat dus verdeeld over meerdere bumps.

[procyon]

Thanx ik kan me nu aardig voorstellen hoe het in elkaar zit.
Misschien leuk om opgenomen te worden in de FAQ?
Ik weet bijna zeker dat de gemiddelde tweaker dit niet helemaal uit kan leggen.


Beste Exter, ik maak er geen woorden meer aan vuil. laat maar hangen.

[Ercewee]

Ah, leuk onderwerp.

De beschrijving van AcouSE is helaas verkeerd. Wat hij vertelt is het ontstaan van een potentiaalbarriere tussen twee verschillende materialen. Daarbij wordt normaal gesproken over diffusie.... dat is geen migratie.

Elektro(nen)migratie

Elektro-migratie kan ontstaan wanneer lange dunne aluminium draden een grote stroom over een grote lengte moeten 'vervoeren' (als ik het over dun/lang heb, bedoel ik op chip niveau ).
Deze stroom zorgt voor een elektrisch veld in de draad, die van het begin naar het einde afneemt. Ook zal de warmte die door de stroom in de draad ontstaat een thermische gradient hebben. Hierdoor kunnen de aluminium atomen losraken en diffunderen in de richting van de gradient. (de atomen raken los, doordat elektronen met veel energie 'daartegenaan slaan' )
Hierdoor kan de aluminumdraad plaatselijk dunner worden. Op het moment dat de draad dunner wordt gaat dit process nog sneller. Op een gegeven moment kan de draad dus compleet verdwenen zijn.

hier kan je er meer over vinden, samen met een paar leuke plaatjes. Hun uitleg is waarschijnlijk technisch iets beter verantwoord.

edit:

Oh ja, het is trouwens electro-migratie..... de elektronen migreren niet, het gaat juist om de migratie van de atomen, o.i.v. een elektrisch veld.

[AcouSE]

Op donderdag 13 juni 2002 15:33 schreef Ercewee o.a. het volgende:
De beschrijving van AcouSE is helaas verkeerd. Wat hij vertelt is het ontstaan van een potentiaalbarriere tussen twee verschillende materialen. Daarbij wordt normaal gesproken over diffusie.... dat is geen migratie.

Zoals ik al zei, ik was er al niet helemaal zeker van...

[AcouSE]

Ik heb even wat cijfertjes opgescharreld over hoeveel stroom er precies door zo'n wirebond kan. Alles is uitgedrukt in ampère per millimeter, en voor elke verdubbeling van de lengte halveert de stroom. Reken 1mm voor een gewone bond. Au is goud, Al is Aluminium:

code:

Draadtype      Stroom/mm
Au, 25um         1A
Au, 33um         1,69A
Al, (1%Si), 25um     500mA
Al, (1%Si), 50um     2A
Al, (1%Si), 75um     5A
Al, (99,99%), 25um   750mA
Al, (99,99%), 50um   3A
Al, (99,99%), 75um   6,75A
Al, (1%Si), 250um    50A
Al, (1%Si), 500um    200A

10 a 15 pinnen met 50um 99,99% Al-draad zou het moeten klaren.

Flipchip/Bump volgt later.