Couverture ElectroniqueS n°127

L'équipement de mesure de déformations HR-TDM développé par Insidix permet d'évaluer l'impact du choix d'un design, d'un procédé d'assemblage et des matériaux sur les contraintes dans les composants électroniques. Dure, dure, la vie de composant électronique… Lors de leur fabrication d'abord, au cours de leur montage sur carte ensuite, et souvent pendant toute leur durée de vie, les composants subissent des contraintes thermiques d'autant plus fortes qu'ils sont soumis à des variations de température importantes. Avec l'augmentation de la température des pics de refusion des alliages de brasure liée au passage au sans-plomb, ces contraintes vont encore s'amplifier… Et les risques de fissurations ou de dessoudage des composants résultant de la relaxation de ces contraintes vont augmenter d'autant. Toutefois, les études sur le sans-plomb ne sont-elles pas également l'occasion de mieux comprendre les mécanismes de défaillance des composants pour tenter de minimiser ces risques ? A cet égard, un équipement de mesure de déformations en trois dimensions des composants sous sollicitation thermique a été développé par le Français Insidix(1). Référencé HR-TDM (pour Topography and Deformation Measurement), cet équipement permet de mesurer les déformations des composants avant et après assemblage, et surtout de quantifier l'évolution de ces déformations au cours de la refusion et des tests de vieillissement accéléré desdits composants.A cet effet, le système de mesure de déformations est intégré dans une enceinte thermique dotée d'un système de chauffe à infra-rouges et d'un système de refroidissement avec 13 thermocouples de détection permettant de reproduire un profil thermique et de réaliser des tests Jedec (variations de température de 40°C à +270°C). Cette enceinte permet d'accueillir des cartes de 400 mm de côté maximum, qui restent immobiles durant le traitement. L'homogénéité en température est, selon Insidix, de ±3°C sur une zone de mesure dont les matériaux sont homogènes. Le système ne dispose pas encore de dispositif de chaleur humide, mais Insidix envisage d'en proposer un. En raison d'un dépôt de brevets en cours (trois demandes), le principe de mesure de cet équipement ne nous a pas été dévoilé, si ce n'est qu'il ne s'agit pas, contrairement à l'interférométrie, d'un système à balayage. En mode dynamique, la totalité de la surface de zones de 25 mm à 150 mm de côté est mesurée en moins de 5 secondes, avec un pas d'acquisition de 25 µm. Avec une montée en température classique de 3°C par seconde sur la carte, la température de la zone d'observation ne varie pas ainsi de plus de 15°C durant la mesure. En z, les déformations topographiques sont mesurées à partir d'un plan moyen choisi arbitrairement (surface de la carte, fond du boîtier avant assemblage, etc.) et sont représentées dans le plan par un dégradé de couleurs, chaque couleur correspondant à une valeur de déformation donnée (voir schéma ci-dessus). La profondeur de champ est de 4 mm pour une zone de mesure de 25 mm de côté, et de 25 mm pour une zone de 150 mm de côté. Déterminer les coefficients de dilatation en fonction de la température Les déformations relatives en x et y sont, quant à elles, matérialisées par des vecteurs. Leur direction indique l'orientation des déformations et la longueur leur amplitude. Les déformations dans une direction donnée, par exemple en x (Exx (?x)/x) ou en y (Eyy (?y)/y)(2), sont ensuite représentées, comme précédemment, par un dégradé de couleurs sur un plan (voir schéma ci-contre). Selon Insidix, la précision de mesure est de ±1/10 000 en z (pour les mesures topographiques), et la limite de détection de déformations dans le plan ((?x)/x et (?y)/y) s'établit à 5.10-5. Ainsi ces mesures de déformations permettent-elles de quantifier en temps réel l'effet des sollicitations thermiques sur les composants électroniques, et d'évaluer l'impact du choix d'un design, d'un procédé d'assemblage et des matériaux sur les contraintes dans ces composants. Il est également possible de déterminer expérimentalement les coefficients de dilatation des matériaux en fonction de la température, et, en complément d'une étude de simulation thermomécanique, de « valider les hypothèses et de déterminer les valeurs aux limites des modèles », explique Jean-Claude Lecomte, directeur technique du spécialiste grenoblois de l'analyse non destructive. Des mesures d'hystérésis, c'est-à-dire des déformations résiduelles après cyclages thermiques et retour à température ambiante, permettent de prédire le vieillissement des composants sous sollicitation thermique. En outre, un modèle mathématique qui permettrait de déterminer directement les contraintes dans les composants à partir de l'analyse de leurs déformations est à l'étude. Selon les options choisies (mesures de la topographie et/ou des déformations relatives dans le plan, sollicitations thermiques ou non), ce système est commercialisé par Insidix entre 100 000 et 150 000 euros. Il complète la gamme d'équipements d'analyse non destructive proposée par le Français en partenariat avec ses fournisseurs, à savoir des équipements de radiographie X à micro-foyer Fein Focus (défauts de fabrication des composants, fils cassés, porosités dans les billes des BGA, ou billes non soudées), des systèmes de microfluorescence X (avec lentille polycapillaire) Edax et Roentgenanalytik (nature et épaisseur de couches superposées), ainsi que des équipements Sonix de microscopie acoustique (observation des fissures et des délaminages). Au moyen de ces quatre techniques, Insidix propose en outre des prestations d'analyse de composants et de cartes électroniques. (1) Cet équipement a fait l'objet d'une présentation lors d'Interconex 2004 (voir notre numéro du 13 mai) puis de la conférence EuroSimE 2004 sur la simulation thermomécanique, qui s'est déroulée du 10 au 12 mai à Bruxelles, en Belgique. La prochaine édition d'EuroSimE se tiendra à Berlin, en Allemagne, du 17 au 20 avril 2005. Renseignements: www.eurosime.com.(2) Exx correspond à la norme (longueur) de la projection sur l'axe x du vecteur de déformation relative dans le plan d'un composant en un point donné.

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