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🔋 IRドロップとエレクトロマイグレーション（EM）対策

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📘 概要

配線抵抗や電流密度が設計値を超えると、電源電圧の低下（IRドロップ）や金属の物理的損傷（EM）が発生し、回路の動作不良や寿命低下につながります。

本節では、電源レイアウトの設計ポイントと物理的な破壊メカニズムを整理します。

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⚡ IRドロップとは

要因	内容
配線抵抗（R）	電源・GNDメタルが細い／長い
電流（I）	ロジックやI/Oで大電流負荷
電圧降下（V = I×R）	電源ラインに想定外のドロップが発生
結果	ゲートしきい値変化・動作遅延・誤動作リスク上昇

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🔥 エレクトロマイグレーション（EM）とは

要因	内容
高電流密度	金属原子が移動（原子フラックス）
配線断線	Void（空洞）や hillock（盛り上がり）発生
長期信頼性	長時間で劣化蓄積 → 製品寿命低下
対象	Metal層・Via・コンタクトなど導通部すべて

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🛠️ 設計対応と実装ポイント

対策項目	内容
パワーグリッド強化	GND/VDD配線を多層化・太配線化
IRシミュレーション	Dynamic IR / Static IR のツール活用
Via冗長化	複数Via配置で局所集中を緩和
EMチェック	EDAツールで電流密度分布を解析
Current Aware Routing	電流密度を意識した自動配線制御
除外領域設定	高速クロック／敏感アナログ部分は保護設計併用

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📐 設計ルールの一例（例：0.18μm世代）

• IRドロップ許容値：最大 100mV（タイミング確保のため）
• EM電流密度上限：1~2 MA/cm²（温度依存性あり）
• Via配置数：1本あたり最大電流 2〜5mAを目安

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🎯 教材的意義

• 抽象的な「IRドロップ」を電圧降下とタイミング変動で理解
• EM対策を長寿命製品と信頼性設計の要素として捉える
• 配線設計の物理現象と設計判断をつなげる思考の訓練に

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🔗 次のセクション

• latchup_prevention.md：寄生構造とラッチアップ対策へ

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