journal article·2023-02-01

Review—Electrochemical Migration in Electronic Materials: Factors Affecting the Mechanism and Recent Strategies for Inhibition

Ee Lynn Lee, Yi Sing Goh, A. S. M. A. Haseeb, Yew Hoong Wong, Mohd Faizul Mohd Sabri, Boon Yew Low

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Abstract

Electrochemical migration (ECM) is one of the serious failure modes encountered in electronic devices due to the electrochemical reactions triggered by the presence of moisture and bias voltage, leading to the growth of dendrites and short circuits. The classical ECM mechanism consists of four consecutive stages: (i) electrolyte formation, (ii) anodic dissolution, (iii) ion transport, and (iv) dendrite growth. ECM is a delicate process that involves a combination of a good number of factors, such as the electrode properties, climatic conditions, contaminants, electric field, additives, etc. We intend to provide a comprehensive review of the complex effects that these factors have on each stage of ECM and provide insights into the recent developments in ECM research. Previous findings, current debates and recent discoveries are covered in this article. This review paper also provides a review of recent strategies for ameliorating ECM failures in electronics.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Semiconductor materials and devices · Molecular Junctions and Nanostructures · Semiconductor materials and interfaces

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References (100+)

Show source-provided references
1. Liao · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2020 · 31 · 1300110.1007/s10854-020-03880-z ↗
2. Sun · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 322710.1038/srep03227 ↗
3. Wang · ACS Omega · 2020 · 5 · 1022510.1021/acsomega.0c01485 ↗
4. Zhong · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2017 · 28 · 227910.1007/s10854-016-5713-9 ↗
5. Medgyes · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2015 · 26 · 201010.1007/s10854-014-2640-5 ↗
6. Steppan · J. Electrochem. Soc. · 1987 · 134 · 17510.1149/1.2100401 ↗
7. Harsanyi · IEEE Trans. Compon., Packag., Manuf. Technol., Part A · 1995 · 18 · 60210.1109/95.465159 ↗
8. Zhong · RSC Adv. · 2017 · 7 · 2818610.1039/C7RA04368F ↗
9. Ma · Energy Stor. Mater. · 2020 · 27 · 52210.1016/j.ensm.2019.12.014 ↗
10. Miyazaki · Electrochemistry · 2012 · 80 · 72510.5796/electrochemistry.80.725 ↗
11. Song · J. Electroanal. Chem. · 2019 · 832 · 7510.1016/j.jelechem.2018.10.031 ↗
12. Harsányi · Microelectron. Reliab. · 2001 · 41 · 22910.1016/S0026-2714(00)00093-7 ↗
13. Reiss · Microelectron. Reliab. · 2021 · 11710.1016/j.microrel.2021.114035 ↗
14. Minzari · Corros. Sci. · 2011 · 53 · 336610.1016/j.corsci.2011.06.015 ↗
15. Yu · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2006 · 17 · 21910.1007/s10854-006-6764-0 ↗
16. Noh · Microelectron. Reliab. · 2008 · 48 · 65210.1016/j.microrel.2007.09.006 ↗
17. Medgyes · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2017 · 28 · 1857810.1007/s10854-017-7806-5 ↗
18. Medgyes · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2012 · 23 · 55110.1007/s10854-011-0435-5 ↗
19. Liao · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2021 · 32 · 568010.1007/s10854-021-05289-8 ↗
20. Ma · Microelectron. Reliab. · 2018 · 83 · 19810.1016/j.microrel.2018.02.013 ↗
21. Parangusan · Emergent Mater. · 2021 · 4 · 118710.1007/s42247-021-00194-6 ↗
22. Wang · Appl. Surf. Sci. · 2020 · 51110.1016/j.apsusc.2020.145555 ↗
23. Li · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2020 · 31 · 1530810.1007/s10854-020-04095-y ↗
24. Devos · J. Electroanal. Chem. · 2007 · 606 · 8510.1016/j.jelechem.2007.05.003 ↗
25. Xiao · Mater. Lett. · 2018 · 210 · 28310.1016/j.matlet.2017.09.052 ↗
26. Zhou · Chem. Eng. Trans. · 2013 · 33 · 55910.3303/CET1333094 ↗
27. Factors leading to ionic migration in lead-free solder
28. Yoo · Corros. Sci. Technol. · 2007 · 6 · 50
29. Yoo · Met. Mater. Int. · 2010 · 16 · 73910.1007/s12540-010-1007-6 ↗
30. Yoo · Met. Mater. Int. · 2007 · 13 · 12910.1007/BF03027563 ↗
31. Hua · Microelectron. Reliab. · 2011 · 51 · 227410.1016/j.microrel.2011.06.023 ↗
32. Medgyes · Corros. Sci. · 2015 · 92 · 4310.1016/j.corsci.2014.11.004 ↗
33. Hua · Microelectron. Reliab. · 2017 · 75 · 2710.1016/j.microrel.2017.06.005 ↗
34. Naguib · IEEE Trans. Compon. Hybrids Manuf. Technol. · 1979 · 2 · 19610.1109/TCHMT.1979.1135444 ↗
35. Yang · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2018 · 29 · 1387810.1007/s10854-018-9520-3 ↗
36. Massey · 1975 · p. 16
37. Takemoto · Corros. Sci. · 1997 · 39 · 141510.1016/S0010-938X(97)00038-3 ↗
38. Medgyes · Period. Polytech. · 2013 · 57 · 4910.3311/PPee.2068 ↗
39. Zhong · Corros. Sci. · 2013 · 66 · 1410.1016/j.corsci.2012.08.040 ↗
40. Yu · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2006 · 17 · 22910.1007/s10854-006-6765-z ↗
41. Jiang · Int. J. Electrochem. Sci. · 2018 · 13 · 994210.20964/2018.10.13 ↗
42. Piotrowska · IEEE Trans. Compon., Packag., Manuf. Technol. · 2020 · 10 · 161710.1109/TCPMT.2020.3005933 ↗
43. Zhou · IEEE Access · 2020 · 810.1109/ACCESS.2020.3029200 ↗
44. Melchers · Reliab. Eng. Syst. Saf. · 2008 · 93 · 42310.1016/j.ress.2006.12.006 ↗
45. Mohran · J. Solid State Electrochem. · 2009 · 13 · 127910.1007/s10008-008-0676-2 ↗
46. Piotrowska · J. Electron. Mater. · 2018 · 47 · 419010.1007/s11664-018-6311-9 ↗
47. Bard · 2022 · p. 183
48. Illés · Int. J. Heat Mass Transfer · 2022 · 18410.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122268 ↗
49. Rasouli · Comput. Geosci. · 2015 · 19 · 52310.1007/s10596-015-9481-z ↗
50. He · Electrochim. Acta · 2014 · 142 · 110.1016/j.electacta.2014.06.041 ↗
51. Wildgoose · Electroanalysis · 2004 · 16 · 42110.1002/elan.200302875 ↗
52. Bockris · 1998 · p. 361
53. Aoki · Mater. Lett. · 2019 · 236 · 42010.1016/j.matlet.2018.10.146 ↗
54. Hong · J. Electron. Mater. · 2020 · 49 · 4810.1007/s11664-019-07595-8 ↗
55. Zhou · IEEE Trans. Device Mater. Reliab. · 2021 · 21 · 11710.1109/TDMR.2021.3059173 ↗
56. Zhong · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2020 · 31 · 899610.1007/s10854-020-03433-4 ↗
57. Liao · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2019 · 30 · 565210.1007/s10854-019-00858-4 ↗
58. Ito · J. Electron. Mater. · 2018 · 47 · 717910.1007/s11664-018-6650-6 ↗
59. Yi · Bioelectrochemistry · 2018 · 119 · 20310.1016/j.bioelechem.2017.10.004 ↗
60. Minzari · IEEE Trans. Device Mater. Reliab. · 2009 · 9 · 39210.1109/TDMR.2009.2022631 ↗
61. Huston · Water Res. · 2012 · 46 · 112110.1016/j.watres.2011.12.008 ↗
62. Song · J. Electrochem. Soc. · 2013 · 160 · C9710.1149/2.024303jes ↗
63. Salve · Bull. Environ. Contam. Toxicol. · 2008 · 80 · 24210.1007/s00128-007-9353-x ↗
64. Lee · Sci. Rep. · 2021 · 11 · 110.1038/s41598-020-79139-8 ↗
65. Harsányi · Microelectron. Reliab. · 1999 · 39 · 140710.1016/S0026-2714(99)00079-7 ↗
66. Environmental factors that influence the deterioration of materials
67. Zhong · Corros. Sci. · 2013 · 74 · 7110.1016/j.corsci.2013.04.015 ↗
68. Liao · Madridge J Anal Sci Instrum · 2016 · 1 · 410.18689/mjai-1000102 ↗
69. Fernández · Corros. Sci. · 2011 · 53 · 8210.1016/j.corsci.2010.09.025 ↗
70. Pourbaix · 1974 · p. 479
71. Lin · J. Electrochem. Soc. · 1981 · 128 · 119410.1149/1.2127592 ↗
72. Cho · Int. J. Electrochem. Sci. · 2020 · 15 · 440610.20964/2020.05.32 ↗
73. O’Grady · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 2529810.1021/jp2056305 ↗
74. Jung · Microelectron. Eng. · 2008 · 85 · 159710.1016/j.mee.2008.03.015 ↗
75. Jung · J. Electron. Mater. · 2008 · 37 · 111110.1007/s11664-008-0491-7 ↗
76. Jung · J. Electron. Mater. · 2009 · 38 · 69110.1007/s11664-008-0636-8 ↗
77. Silberberg · 2015 · p. 529
78. Rostron · Corros. Sci. · 1979 · 19 · 32110.1016/0010-938X(79)90024-6 ↗
79. Zhong · Electrochem. Commun. · 2013 · 27 · 6310.1016/j.elecom.2012.11.010 ↗
80. Liao · RSC Adv. · 2017 · 7 · 1506010.1039/C6RA27823J ↗
81. Zhang · 2011 · p. 139
82. Zhou · J. Electron. Mater. · 2020 · 49 · 206610.1007/s11664-019-07885-1 ↗
83. Conseil · J. Mater. Sci., Mater. Electron. · 2016 · 27 · 2310.1007/s10854-015-3712-x ↗
84. Liao · Innovations in Corrosion and Materials Science · 2019 · 9 · 7410.2174/2352094909666190617105313 ↗
85. Piotrowska · Soldering Surf. Mount Technol. · 2017 · 29 · 13310.1108/SSMT-01-2017-0003 ↗
86. Verdingovas · J. Electron. Mater. · 2015 · 44 · 111610.1007/s11664-014-3609-0 ↗
87. Sohn · Circuit World · 1995 · 21 · 2210.1108/eb044046 ↗
88. Peng · Environ. Sci. Technol. · 2001 · 35 · 449510.1021/es0107531 ↗
89. Rozaini · 2012 · p. 323
90. Yalkowsky · 2016 · p. 99
91. Zhou · J. Electron. Mater. · 2013 · 42 · 360910.1007/s11664-013-2705-x ↗
92. Ambat · 2009 · 8141
93. Verdingovas · Corros. Eng., Sci. Technol. · 2013 · 48 · 42610.1179/1743278213Y.0000000078 ↗
94. Heseltine · 2009 · p. 2
95. Madigan · 2006
96. Wasserbauer · Int. Biodeterior. Biodegrad. · 2004 · 53 · 17110.1016/S0964-8305(03)00091-X ↗
97. Gu · Int. Biodeterior. Biodegrad. · 2007 · 59 · 17010.1016/j.ibiod.2006.08.010 ↗
98. Hu · Surf. Topogr.: Metrol. Prop. · 2022 · 1010.1088/2051-672X/ac459b ↗
99. Ding · J. Electron. Mater. · 2015 · 44 · 440510.1007/s11664-015-3963-6 ↗
100. Krumbein · IEEE Trans. Compon. Hybrids Manuf. Technol. · 1988 · 11 · 510.1109/33.2957 ↗