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電子遷移(electromigration, EM)及電子化學遷移(electrochemical migration, ECM)有何差異？
電子遷移（Electromigration）和電子化學遷移（Electrochemical Migration）兩者看起來很相似，表面上都是金屬元素從高電位往低電位的地方移動，而且兩者都有機會長出晶枝(dendrites)，可是兩者又有著本質上的不同。電子遷移比較偏向是純物理過程，主要涉及電子的動能和金屬原子的移動，經常造成開路及短路；而電子化學遷移則是電化學過程，涉及金屬離子在電場作用下形成連續的導電通道，經常造成短路。
電子遷移（Electromigration）和電化學遷移（Electrochemical Migration）發生的原理與主要差異如下：
電子遷移（Electromigration）：
電子遷移（Electromigration），簡稱EM。是指在導體中，由於電流通過導線時，金屬原子會因為電子的運動碰撞而發生移動。EM可能導致金屬線路的局部變薄或變窄，最終可能導致線路斷裂，使得元件故障。這種遷移通常發生在電流密度過高情況下，如微小導線或電子元件的高功率操作。
想像一個微型的金屬導線，這條導線是一個電子元件中的一部分，比如一個電晶體。它的導線通常很細，以便適應微小的元件。當電流通過這條金屬導線時，其中的金屬原子可能會受到電子的推動而移動。在高電流密度區域，例如導線的狹窄部分，由於電子遷移，金屬原子可能會在導線的一端逐漸向另一端遷移。這可能會導致導線的某些部分變得更薄，因為金屬原子被移動，這樣的區域可能會變得更加脆弱。這其實有點像河水流動時會將河床上游的土壤逐漸往下游沖積的現象，而且在河道突然變窄的地方會更加明顯，但是電子遷移則是因為電子碰撞引起的原子運動，與河水沖刷土壤的機械力學過程稍有不同。
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長時間的電子遷移過程可能使得這些微小區域的金屬構造發生變化，甚至可能形成裂縫。這些裂縫和變化可能最終導致導線的故障，可能是開路或短路，從而影響元件的正常操作。
因此，電子遷移是一種隨著時間而逐漸發展的現象，可能對微型電子元件的可靠性產生負面影響。在設計電子元件時，工程師需要考慮電子遷移的影響，並選擇適當的材料和尺寸，以確保元件的長期穩定性。
影響電子遷移的主要因素有：
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存在可移動的金屬原子(mobile metal atoms)
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高電流密度(high current density)
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(選項)高溫(high temperature)。在電子元件中，溫度的升高會加速電子遷移的過程。這是因為溫度的增加會提高金屬原子的動能，使其更容易移動。在高溫下，金屬原子的擾動增加，這使得電子遷移更容易發生。這可能導致金屬導線中的金屬原子在較短的時間內移動更遠，增加了導線變薄或變窄的風險，進而可能導致元件失效。因此，在電子元件的設計和操作中，需要考慮和控制溫度，以減緩或防止不良的電子遷移效應。此外，通常會採用低溫材料或其他技術手段，以減少電子遷移的影響。
濕度或其他環境濕氣對電子遷移沒有影響，因為電子遷移發生在金屬接合處的內部。
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電子化學遷移（Electrochemical Migration）：
電子化學遷移（Electrochemical Migration），簡稱ECM。是指在帶電的導體或電解質表面，由於偏壓和電解質的作用，金屬或電鍍層中的金屬離子在導體或電解質表面之間遷移。這可能導致不同的導體之間短路或絕緣層被破壞，從而影響元件的正常運作。電子化學遷移通常發生在含有電解質的環境中，如潮濕的氣候或含有溼氣的工業環境，電子流動引起的化學反應，可能在不同金屬之間或金屬與絕緣體之間產生。這種現象可能導致電解質中的金屬離子在電解質中移動，形成導電通路，最終導致短路或其他元件故障。
ECM最常發生的例子為PCB上的CAF(Conductive Anodic Filament)不良，對印刷電路板(PCB)施加直流電壓並放置於高濕環境中，濕氣會與雜質形成電解質(electrolyte)，在PCB的層到層間(Layer to Layer)、線路到線路間(Line to Line)、孔到孔間(Hold to Hole)或孔到線路(Hole to Line)如果有縫隙存在，位於高電位陽極的銅金屬會先氧化成Cu+或Cu++離子，並沿著已經存在的不良通道(電解質通道)之玻璃纖維紗束向陰極慢慢遷移生長，而陰極的自由電子也會往陽極移動，路途中銅離子遇到自由電子即會還原成銅金屬，然後又被偏壓影響再次形成銅離子，之後再變回銅金屬，如此反覆逐漸從陽極往陰極蔓延成生銅膜，最終導致銅短路。
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這種電化學遷移的過程受到許多因素的影響，包括環境濕度、是否有可以形成離子的材料以及偏壓強度。因此，在電子設計和製造中，需要謹慎考慮防止電化學遷移的方法。
影響電子化學遷移的主要因素有：
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濕度或高濕度(moisture)用來形成電解質
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存在可移動的金屬離子(mobile metal ions)
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高電位梯度(biasing)
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(選項)高溫(high temperature)也可以加速ECM。
在有偏壓的情況下，帶正電荷的金屬離子在有雜質的水溶液(電解質)中將向著陰極（-極）遷移，當金屬正電離子到達陰極之後就會還原為金屬（Mn+ + ne− → M），並從陰極的地方開始沉積往陽極的方向長出樹狀晶枝(dendrites)，即針狀或樹突狀的金屬結構。樹突晶枝是ECM的主要視覺指標。
YouTube: Electrochemical Migration (ECM) – Dendrite formation / Dendritic growth
延伸閱讀：
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熊大您好
目前3C產品/電動車…等
都有聽聞過盡量不要在100%繼續放著充電
我在想這會不會是跟避免電子化學遷移產生晶枝有關呢?
不知您是否有其他見解
謝謝