什么是EM电迁移？它带来的影响有哪些？

电迁移简写为EM，electromigration，这是一种很基本的电学现象，可能在电路课上讲的少，反而物理课上会听过。

EM对现在的芯片设计有很大影响，已经成为后端设计一个不可忽视的重要现象了。今天我就来简单介绍什么是EM，以及它会带来的影响。

EM在很早就被发现了，甚至在芯片诞生之前人们就发现了EM现象，但一直到芯片出现之后，随着工艺越来越先进，EM所带来的影响才慢慢显著起来。

它指的是：在通电导体中，由于电子的移动，会与金属离子产生碰撞，导致金属离子移位，宏观上表现为金属变形，对于芯片中纳米级很细的导线来说，久而久之可能会使net发生短路或断路，进而造成芯片工作失效。

EM现象深刻影响着芯片寿命，因为芯片只要在使用，就会发生EM现象，使用的越久，EM所累积的效应就越多，金属越来越变形。

如果在某个地方金属离子大量流失，可能会在这里断路；而如果某个地方聚集了大量别的地方来的金属离子，net这里可能就会变宽，当碰到旁边导线的时候就会发生短路。

理论上来说芯片的寿命是有限的，只要工作的够久，EM总会使芯片失效。对于早期不考虑EM影响的芯片，最短的寿命可能仅仅几周；现在的芯片都会考虑EM现象，能保证芯片工作几年。

如何来量化EM的影响呢？对于我们后端来说，一般就会看一个指标：电流密度。我们其实就做了一个微观到宏观上的转化处理，相同材料下，电流密度越大的地方EM现象越明显。

因此后端在绕线的时候必须要遵守一个EM spec，这个spec规定了不同金属层（或者说不同材料的金属）所能承载的最大电流密度。

如果某一段shape仿真出来结果电流密度比spec大，就发生了EM violation，表明这个地方很有可能导致芯片寿命降低，所以这种violation也是必须要修掉的。

修的方法就从电流密度的定义着手。电流密度由导体横截面积和流过电流决定，而金属层的厚度我们无法改变，所以对我们来说就由net的宽度和电流决定了。（我突然想提一句net的横截面一般不是长方形，而是梯形）。所以修的方法有两种：增大net宽度，以及减小net电流。

增加宽度可以在ECO的时候给这个net上NDR，再让tool重新绕；减小电流就可以多并联一段shape用于分担电流，也可以减小driver的驱动能力。

EM存在于芯片的所有net上，不管这段net是PG、signal、还是clock线，都必须遵守EM rule。

一般会称发生在PG上的EM为PEM，Signal上的EM为SEM。对PEM violation一般都会再多加PG mesh，SEM violation的首选方法还是上NDR。