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电迁移是一个重要问题，尤其是在金属互连的横截面积非常小的低工艺节点中。
什么是power EM
当高电流密度通过金属互连线时，载流电子的动量可能会在它们之间的碰撞过程中转移到金属离子上。由于动量转移，金属离子可能会在电子的运动方向上漂移。这种金属离子从其原始位置的漂移称为电迁移效应。
电流密度 J 定义为每单位横截面积的电流大小。
J = I/A
其中I是电流大小，A是互连线的横截面积。
随着工艺节点的缩小，金属互连的截面积也随之缩小，节点的电流密度大幅度增加。自 90 纳米或更早的技术节点以来，电迁移一直是一个问题，但在 28 纳米或更早的较低技术节点中它变得更糟。
图1 电迁移现象示意图
图1显示了电迁移效应的现象。如图所示，在金属互连线上施加电位差，形成从阳极侧到阴极侧的电场。该电场使电子沿与电场相反的方向移动。电子的这种动量导致电子中的电流流动。这些移动的电子具有动量，当它与金属离子碰撞时，金属离子会感受到两个相反方向的力，如图所示。一种力是由于电场，另一种是由于电子风（electrons wind）的撞击。如果电流密度高，则由电子风产生的力大于由电场产生的力。
由于电流密度，受到影响金属离子开始在电场的相反方向上漂移。如果电流密度很高，则互连线可能会立即受到 EM 的影响，或者有时这种影响可能会在运行数月/年之后出现，具体取决于电流密度。因此，ASIC 的可靠性将很大程度上取决于这种 EM 效应。
Mean Time To Failure
MTTF（mean time to failure,平均失效时间） 是集成电路寿命的指标。MTTF 使用如下 方程计算。
其中 A = 横截面积；
J = 电流密度；
N = 比例因子（通常设置为 2）；
Ea = 活化能；
K = 玻尔兹曼常数；
T = 开尔文温度；
EM引起的后果
一旦金属离子开始从其原始位置移动，这些将在互连中产生问题。它可能导致离子在缺乏离子的特定位置过度积累。因此，金属互连中可能会出现小丘（Hillocks）或空洞（Void）。
图2 EM引起的互连线中的小丘和空洞
空洞：如果输入离子通量小于输出离子通量，则会在互连线中产生空隙。空隙会导致互连线不连续并导致开路。
小丘：如果传入的离子通量大于传出的离子通量，则会导致离子积累并在互连线中形成小丘。小丘可以增加金属互连线的宽度并接触相邻的金属互连线，这可能导致短路。
如何规避EM
随着技术节点的发展，所使用的互连线也发生了变化。最初，纯铝用作互连线，然后行业开始使用 Al-Cu 合金，后来转向铜互连线。与铝互连相比，铜互连可以承受大约 5 倍的电流，同时保持相似的可靠性要求。
在physical design期间，可以使用以下技术来防止 EM 问题：增加金属宽度以降低电流密度、降低频率、降低电源电压、保持合理的wire length、减少时钟树中的BUFFER大小、为防止 EM 问题，在sign off阶段根据代工厂提供的 EM 规则执行 EM Checks。
