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Mesures de warpage, coplanarité, dilatation thermique

 

Le TDM (Topography and Deformation Measurement), conçu par INSIDIX, est un outil capable d’identifier les faiblesses et les risques de défaillances dues à d’intenses excitations thermique ou électrique, afin de prévenir de dommages prématurés.

 

Les systèmes électroniques, plus complexes de part leurs composants et leurs assemblages, contiennent une grande variété de matériaux différents. Chacun réagit différemment lorsque qu’il est soumis à une forte source de chaleur ou de courant, comme lors de l’assemblage ou en fonctionnement. Il en résulte des délaminages à l’intérieur de l’IC, la soudure incomplète des BGA (contacts mal soudés ou restés ouvert), le vieillissement prématuré des joints de soudure qui pourraient entrainer un risque accru de rupture, etc,…

 

Avant l’apparition de dommages, les contraintes thermiques et/ou électriques, subies par les composants ou assemblages, donnent lieu à une déformation, qui peut être considérée comme un indicateur de risques. Le système TDM a été conçu pour permettre de quantifier ces déformations afin de prévenir de tous risques et d’améliorer la fiabilité du produit en test. Cette technologie a la capacité de reproduire fidèlement les profils et cycles thermiques dans lesquels les composants et les assemblages sont soumis durant le processus de production, de vieillissement et lors de leur fonctionnement normal. Durant toute la durée du cycle, TDM mesure en 3D la déformation liée à la contrainte thermique et/ou électrique imposée : warpage, coplanarité, expansion thermique ou dilatation (CTE).

L'équipement TDM combine un puissant chauffage et système de refroidissement (plage de température : -60°C à 300°C) avec une acquisition en temps réel de la topographie 3D, et ce quel que soit le type d’échantillon à tester (de 2x2mm² à 400x400x50mm). En particulier, les échantillons où la connectique est abondante. Comme par exemple, les composants TSOP, avec leurs dizaines de connecteurs minuscules ou bien les PGA, avec leurs centaines de pins de 2-3mm qui sont testées de la même manière que de simples BGA.

 

La reconstruction topographique d'un produit est basée sur le principe des projections de Moiré, sans contact et sans plaque intermédiaire : des images de franges sont projetées sur l’échantillon au moyen d’un projecteur de lumière programmable, à 45° en général (voir ci-dessous). L’image rayée vue par l’appareil est propre à la structure de l’échantillon.

 

 

De cette façon, le TDM est capable de mesurer simultanément la hauteur maximale de  25mm, et en même temps, permettre à la hauteur selon l’axe z, une résolution de quelques µm.

 

 

En outre, les faces supérieure et inférieure des éléments chauffants disposent de boucles rétroactives indépendantes afin de mesurer la température (par des thermocouples) et la régulation, ce qui entraîne une parfaite homogénéité de haut en bas de la température des échantillons à tester et un suivi au plus près du profil utilisateur. Les rampes de température vont de +3°C/s jusqu’à -6°C/s, sur une plage de température de -60°C à +300°C. L’homogénéité de la température spécifiée est de + ou – 5°C sur un échantillon test complet (du côté haut au côté bas), et l’homogénéité de la température généralement obtenue est nettement meilleure.

 

 

Les avantages se concentrent sur la réduction de temps de développement, de délai de commercialisation, de problèmes et une meilleure fiabilité à la fois du processus d’assemblage et du produit lui-même durant sa durée de vie.

Applications :

-          Contrôle production de la carte au composant

-          Contrôle sur normes : J-Std-020, JESD22-B112, IPC-9641

-          Vérification de spécifications

-          Analyse de défaillance : défaut de brasabilité, comparaison composant / PCB, composant / substrat

-          Qualification et design

-          Vérification de modèles thermo-mécaniques FEM, implémentation des modèles avec des données réelles

-          Caractérisation des Contraintes d’assemblage

 

Domaines :

-          Electronique

-          Médical

-          Automobile, spatial, avionique

-          Métallurgie

-          Optique et optronique

-          Joaillerie, horlogerie, cosmétique

-          Matériaux composites, céramiques, polymères

-          Recherche

 

 

Certaines applications spécifiques réalisées par TDM sont listées ci-dessous et décrites en détails dans la documentation technique : 

  • EMPC 2013

 An emerging approach to decrease model development time and errors is to use real measurements data to implement the models. This way unknown parameters like mechanical properties of adhesives or strength of interface can be adjusted by matching experimental and modeling results.

  •      EDFAS Journal 2011

 TSOP Contact Level Topography Analysis during Reflow
 High Pin Count BGA Ball Coplanarity
 Component Solder Conditions Optimization
 Component-to-PCB Stress Transfer

  •     EUROSIME 2011

Determination of Strength of Interface in Packages

  •     ESTC 2010

 Component Warpage
 Component - PCB Stress Transfer
 Component -PCB CTE Mismatch