什麼是电子迁移现象

什麼是電子遷移現象?

電子遷移現象(electromigration)

指電子的流動所導致的金屬原子移動的現象。

在電流密度很高的導體上，最典型的就是IC(積體電路) 內部的金屬導線(metal line)，電子的流動會帶給上面的金屬原子一個動量(momentum)，而使得金屬原子脫離金屬表面四處流竄，結果就導致金屬導線表面上形成坑洞(void)或土丘(hillock)，造成永久的損害。

(請參考/mkg/e_mig.html)

散熱對於電腦的重要性

一部完整的桌上型個人電腦，大致上可以分為三大部份，分別是主機、顯示器以及操作電腦時所用的操控/ 輸入裝置﹝例如鍵盤以及滑鼠﹞等三大部份。在主機的部份是由許

多的零組件所組成的，當中包括了主機版、微處理器、記憶體、顯示卡…..等許多的零組

件，而再加上鍵盤、滑鼠以及顯示器，就是一部我們大家現在所使用的個人電腦。

在主機中是由許多不同用途的零組件所組成的，而每一樣零組件也都是由眾多不同用途的電子零件、IC零件以及晶片所組成的。由於IC零件以及晶片在運作的時候，因為其製程以及工作時脈的不同，所以會有不同的溫度產生，也因為如此，隨著電腦運作的速度越來越快，一部電腦在運作時所散發出來的熱量也就逐漸成為一股不容忽視的熱源。

◆主要產生熱源的零件

清楚了一部電腦的組成，就明白了為何一部電腦為何在運作時，會有熱量的產生後，接下來就要探討在各個零件中，究竟是那一些元件在運作時，會發出較高的溫度。

在主機中所有的零組件除了前述的主機板、微處理器、記憶體、顯示卡以外，另外還有軟碟機、硬碟機、光碟機、電源供應器以及音效卡，或是其他功能的介面卡。在這些眾多的零組件中，最主要的熱源產生，當然也就是目前運作時脈越來越快的微處理器了，而目前面臨轉速越來越快的硬碟機，也因為轉速越來越高，從IDE介面的5400轉邁向7200轉，或是SCSI介面的7200轉到現在的10000轉，甚至於已經有1萬5千轉的硬碟在市場上開始坢販賣了，所以從硬碟機所發出的熱，也是一個不容忽視的地方。

目前在主機板上的晶片組，是採以南橋、北橋晶片分離的設計，主要是藉由不同的晶片，來負責主機板上高速與低速裝置之間的運作，也因為如此，使得主要負責與微處理器、主記憶體、快取記憶體、以及AGP匯流排等高速傳輸的北橋晶片，在運作時的溫度往往會比負責PCI、IDE以及USB等傳輸匯流排的南橋晶片要高上許多。而近來進步相當快速的顯示晶片，也因為運作的時脈越來越快，使得顯示晶片所發出的溫度也相當的高。

◆機殼中的溫室效應

由於最主要會產生熱源的零組件大抵上就是微處理器、硬碟機、主機板上的北橋晶片以及顯示介面卡上的顯示晶片這四樣元件，然而這一些零組件又通通都是安裝在電腦機殼之中。雖然在溫度較高的裝置上，廠商往往都會在其熱源發散處加上散熱片來幫助其散熱，甚至於除了散熱片之外，也都還會在散熱片的上面，再加上一個與散熱片一樣大的小的風扇，利用風扇所引起的氣流，迅速的將留在散熱片上的熱量帶離散熱片，藉以達到降低晶片溫度的效果。不過，這樣的做法僅能夠將熱量帶離熱源的發散處，讓會發出熱量的晶片不至於在太高的溫度下工作罷了，不過這些零組件所發出的熱量卻還是都會留在機殼之中，並沒有真正的排出機殼之外。

雖然在機殼內的電源供應器裡，有一個8x8公分的風扇，可以將機殼中各個零組件所發出的熱量排出機殼之中，再加上機殼本身在設計時的散熱孔也可以幫助散熱，不過效果通常都是不會太好，畢竟只靠一個電源供應器上的風扇，再加上機殼本身的散熱孔，並沒有辦法達到「空氣對流」的效果，自然機殼中的溫度也就會隨著該部電腦使用的時間而漸漸的上升。各位不妨可以在使用電腦二、三十分鐘之後，伸手摸摸電腦機殼的溫度，或者伸手感受一下機殼後方電源供應器上的風扇處，所排出電腦機殼外的氣流溫度，想必大多數的電腦應該都是「溫溫的」或者是「熱熱的」。

然而這樣的溫度只不過是「熱」藉由空氣這一個導體，經由電源供應器上的風扇排出機殼中的溫度而已，實際上發出熱量的元件溫度肯定會更高。尤其是微處理器所發出的熱量，在不加上散熱片以及風扇的溫度，達到60、70度以上甚至於80度以上都是很正常的事情。

◆銳不可當的超頻風氣

由於近年來各種積體電路技術的進步，且為了要不斷的提高各種不同功能的晶片效能，不僅僅在晶片的製程上加以改良，從早些年的0.6微米製程進步到0.35微米製程、0.25微米製程、0.22微米製程，甚至目前新一代微處理器所使用的0.18微米製程。而製程的改良，除了可以將運作的時脈再提高以外，也因為僅需要較低的電壓就能夠使該晶片來進行正常的工作，所以自然地所消耗的功率也就比較小，而消耗的功率變小了，自然地也就將高熱的問題解決了。

不過，也因為製程的改進，相對的又帶來另一波的問題。由於製程的精進，所以生產出來的晶片，往往能夠在超出正常運作時脈相當多的時脈下工作。所以，令大多數的電腦玩家，盡其所能的不斷在壓榨相同硬體下的效能極限，換句大家耳熟能詳的話也就是「超頻」。而其真正吸引眾玩家的地方，不僅僅是因為壓榨出硬體效能極限的成就感而已，重要的還是在於以較為低廉的硬體購買價格，能夠藉由不正常的超頻動作，使得該部電腦能夠有相當大的效能增進。而在這當中，往往已經為購買的使用者省下大把白花花的銀子了。

然而，原本在正常時脈下工作的晶片，就已經發出了不小的熱量，而在超頻的運作下，所發出的熱量更是會讓人受不了，甚至於直接用手去觸碰，還有可能會被其所發出的高熱給「燙傷」。也因為如此，許多特別針對超頻時，能夠快速降低晶片表面散熱的散熱片、風扇，甚至於致冷器、水冷器等等產品，也都相當容易在市面上看到。

不過，超頻絕對不是一件簡單的事情，因為不僅僅是各個零組件散熱的問題，或是機殼中溫度過高的問題，往往還會牽涉到每一個零組件在不正常超頻下運作的匹配問

題，甚至於不幸燒毀之後廠商的保固問題，所以我們並不建議一般的使用者，在對於整個電腦零組件運作不是相當了解的情況下，就冒然的對電腦進行如此危險的動作。畢竟，小則因為溫度過高而造成系統的不穩定（或當機），大則有燒毀電腦零件的可能。

◆溫度升高所帶來的影響

由於前述的幾項零組件，在正常室溫下工作時，就已經會發出較高的溫度，再加上在機殼中所產生的溫室效應，往往會讓該部電腦在高於室溫許多的環境下工作。而當溫度增加到一定時，也會因為溫度過高的關係，導致所謂的「電子遷移現象」，使得該部電腦運作的不正常，甚至於產生當機連連的情況發生。而這一些異常的狀況，往往會引起使用該部電腦的使用者，產生排斥、厭惡的感覺。畢竟沒有人願意自己所使用的電腦，會有以下的情況：運作上的不穩定而時常當機、溫度過高而導致資料存取的錯誤、因為長時間的使硬體在較高的溫度下工作而導致硬體壽命的降低或電子零件的燒毀。

其實，根據電子學上的理論來說，雖然將電子元件的工作頻率提高，在一個穩定的狀況下，對於元件本身的壽命並不會有所影響，不過由於頻率便高之後，所產生較正常工作頻率時還要高的熱量，而半導體（電子元件）對於溫度卻又是一個正回授的感應，雖然目前的晶片都是使用相當穩定的矽來作為封裝的材料，但是晶片在高溫的環境下工作，還是免不了會有電子遷移的現象發生。

◆穩定遠比快速來的重要

雖然研發的廠商不斷的有效能更高、功能更齊全的產品推出，而整個資訊業界也都是朝著這一個方向在努力。但是，在要求效能的前提之下，系統運作的穩定性肯定是比效能要來的重要。

當然，這不僅僅是對需要供給眾多使用者的伺服器來說，對於一般使用者所使用的個人電腦來說也是如此。畢竟能夠擁有一部運作相當穩定的電腦來當工具，為使用者來完成許多重要的工作，遠比擁有一部效能優越，但確不甚穩定的電腦，使得重要的工作都無法順利地完成要來的重要太多了。