Observation et mesure de fissures de brasure et de manques matière

Évolution des conditions de brasage

Les appareils tels que les smartphones, tablettes et autres dispositifs portables, qui ont connu une croissance exponentielle ces dernières années, sont toujours plus fonctionnels, compacts et minces. Afin de pouvoir s’intégrer de manière optimale à ces nouveaux formats, les composants électroniques et circuits imprimés assemblés ont subi une miniaturisation, une densification et une multiplication des couches.
L’industrie automobile, où se généralisent les technologies de freinage automatique et de conduite autonome par commande assistée par ordinateur, exige aujourd’hui des composants électroniques et des circuits imprimés assemblés à haute fiabilité et longue durée de vie.

La continuité électrique et la connexion entre les composants électroniques dépendent en grande partie de la qualité du brasage, c’est pourquoi un brasage à haute fiabilité et longue durée de vie est particulièrement important. Depuis les années 2000, le bannissement du plomb a fait exploser la demande de techniques de liaison non sujettes à l'effritement.
L’évaluation de la fiabilité et de la durée de vie des brasures passe par la réalisation d’essais de fiabilité. Parmi ces essais, les essais sous variation cyclique de la température comptent parmi les plus courants.

De nombreux défauts de brasure peuvent engendrer des problèmes. L’un des exemples les plus communs est la mouillabilité* insuffisante de la pâte à braser automatiquement appliquée sur une plaque métallique et imprimée. Lors d’un brasage dans des parties concaves, une mouillabilité insuffisante peut affaiblir la force de liaison au plot de brasure ou générer des défauts, tels que des manques matières. Afin d’améliorer la qualité, une observation et une analyse permettent d’identifier les causes des défauts de brasure. La section suivante vous présente les principaux défauts de brasure, les risques qu’ils présentent et l’importance de l’observation.

La mouillabilité est caractérisée par un angle de contact θ entre une surface solide et un liquide (par ex. métal fondu) appliqué sur cette surface. Plus l’angle A (angle de contact θ) sur l’image est étroit, meilleure est la mouillabilité de la brasure, illustrant une situation où le liquide s’est largement répandu sur la surface solide. Plus l’angle de contact est large, plus la mouillabilité est médiocre, illustrant une situation où la surface repousse le liquide appliqué.

Défauts de brasure et importance de l’observation des fissures et manques matière

Les principaux défauts de brasure risquant d’engendrer des défaillances du produit incluent les « ponts de brasure » et « excès de brasure », lors desquels l’application de métal d’apport en excès provoque des courts-circuits entre les connexions adjacentes, les « billes de brasure (éclaboussures) » et les « défauts de continuité », dus à l’application excessive de chaleur, et les « fissures froides », dues à l’évaporation du métal d’apport ou à une application de chaleur insuffisante.
Il existe également des « fissures de brasure » et « manques matière », dont la présence et la cause sont difficiles à déceler immédiatement après montage. Différents facteurs peuvent être à l’origine de ces défauts, qui n’apparaissent pas uniquement immédiatement après formation de la brasure mais parfois surviennent ou progressent au fil du temps ou sous l’effet d’une contrainte. C’est pourquoi, il est essentiel d’observer et d’analyser ces défauts au microscope ou à l’aide de tout autre instrument de mesure.

Causes et risques des fissures de brasure

Les fissures de brasure se produisent ou se développent sous l’effet de facteurs, tels que la fatigue, le temps et l’application d’une contrainte après liaison. Si les fissures, microscopiques à l’étape du montage, se propagent, la résistance de la liaison augmente. Dans certains cas, les fissures de brasure entraînent même un effet Joule. Les fissures étendues risquent également de rompre complètement la liaison, provoquant une défaillance du composant. Les fissures de brasure sans plomb, notamment, sont réputées progresser rapidement. Les fissures de brasure peuvent générer de la chaleur et provoquer un embrasement, nécessitant ainsi une extrême précaution et des contre-mesures immédiates à des fins d’assurance qualité.

Causes et risques des manques matière

Les manques matière sont principalement causés par des bulles d’air contenues dans le métal d’apport appliqué lors du procédé de brasage par refusion, des gaz générés lors du procédé de montage des composants et une mouillabilité insuffisante de la pâte à braser appliquée sur les parties concaves. Les manques matière risquent de réduire la force de liaison et une réduction, même partielle, peut entraîner la formation de fissures. De ce fait, il est essentiel d’identifier au plus vite la cause des manques matière et de mettre en œuvre les contre-mesures adaptées.

L’observation, l’analyse et l’évaluation des fissures de brasure et manques matière sur les produits défectueux, repérés lors des essais ou après mise sur le marché, permettent d’identifier la cause des défaillances et d’améliorer les procédés, les matériaux et la qualité.

Derniers exemples d’observation et d’analyse des fissures et manques matière

Une brasure présente une forme tridimensionnelle, mais lors de l’observation sous fort grossissement, la mise au point ne s’effectue que sur une partie de la brasure en raison d’une profondeur de champ insuffisante. Il est alors nécessaire d’ajuster minutieusement la mise au point sur chaque partie de la cible à observer.
Les microscopes peinent généralement à afficher une image nette des cibles présentant une surface irrégulière due à un polissage grossier. L’observation classique souffre également d’autres problèmes, tels que l’omission de défauts du fait des reflets générés par les surfaces brillantes et l’impossibilité de détecter les minuscules fissures précoces sous fort grossissement en raison d’une résolution insuffisante.

Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX de KEYENCE résout tous ces problèmes grâce à son système optique haute résolution à grande profondeur de champ, son capteur d’image CMOS 4K et ses systèmes spécialement conçus, tels que l’éclairage haute performance et le traitement d’image avancé. Réalisez rapidement et intuitivement une observation, une analyse des défauts et une évaluation avancées de la brasure, pour une efficacité sans précédent.
Retrouvez, dans cette section, nos derniers exemples d’observation et d’analyse des défauts de brasure avec la Série VHX.

Observation avec inclinaison de fissures de brasure sur un circuit imprimé assemblé

Le système d’observation orientable selon un angle libre du microscope numérique 4K Série VHX permet d'observer sous différentes inclinaisons les brasures d'angle en trois dimensions sur des circuits imprimés assemblés.
De plus, ses fonctions d’élimination des reflets et de suppression du halo facilitent l’observation des fissures sans aucune influence de la lumière réfléchie par la brasure.
La Série VHX possède une grande profondeur de champ. Elle propose également une fonction de composition en profondeur en direct, qui capture des images entièrement nettes de la totalité de la cible même sous fort grossissement.

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Observation de fissures de brasure sur des coupes de composants électroniques

Les fissures de brasure, initialement microscopiques, peuvent se propager au fil du temps, entraînant une défaillance des composants, une génération de chaleur voire un embrasement. En cas de grossissement ou de résolution insuffisant(e), vous risquez de passer à côté de subtiles fissures non sans conséquence.

Les objectifs haute résolution et le revolver motorisé du microscope numérique 4K Série VHX permettent de profiter d’un zoom continu, qui bascule automatiquement entre les objectifs selon le facteur de grossissement souhaité, de 20x à 6000x. Il est possible d’afficher une image sous fort grossissement de la zone défectueuse à côté d’une image sous faible grossissement via la fonction de division d’écran, vous permettant de ne jamais perdre de vue la zone visée même sous fort grossissement.
De plus, la grande profondeur de champ et la composition en profondeur en direct facilitent l’observation de minuscules fissures de l’ordre du micron sur une image entièrement nette même lorsque la coupe de l’échantillon enrobé de résine présente des irrégularités de surface résultant d’un polissage grossier.

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Observation de manques matière sur des échantillons en coupe

La fonction de composition en profondeur en direct du microscope numérique 4K Série VHX capture des images entièrement nettes de la coupe d’un boîtier BGA enrobé de résine même sous fort grossissement, sans être aucunement entravée par les irrégularités de surface résultant d’un polissage grossier. Ces images permettent d’observer la cible sans omettre aucun manque matière même subtil.

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Analyse quantitative de coupes de circuit imprimé

Le microscope numérique 4K Série VHX dispose d'outils de comptage et de mesure automatiques de surface de haute précision sur des images haute résolution sous fort grossissement. Avec un seul instrument, réalisez rapidement toutes vos opérations, de l’analyse quantitative à la création d’un rapport intégrant les images capturées et valeurs mesurées, pour une efficacité sans précédent.

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Évaluation de la force de liaison à partir de l’aspect de la brasure d’angle

En observation classique, il est difficile de déterminer les conditions d’éclairage optimales en raison des reflets générés par la surface brillante de la brasure, entraînant des variations de résultats entre les opérateurs et l’omission de zones défectueuses.

Avec la fonction d’éclairage multiple du microscope numérique 4K Série VHX, les données d’image sous différents éclairages sont automatiquement capturées d’une simple pression sur un bouton.
L’image idéale pour l’observation et l’évaluation peut être sélectionnée parmi toutes les images capturées, réduisant ainsi considérablement le temps habituellement consacré au réglage de l’éclairage. Toutes les images capturées sont automatiquement enregistrées même après sélection de l’image optimale, vous permettant de charger une autre image d’un simple clic, pour observer la cible sous un éclairage différent.
De plus, les fonctions d’élimination des reflets et de suppression du halo contrecarrent les effets de la lumière réfléchie par la surface brillante, pour contrôler l’aspect de la brasure sur une image parfaitement nette. Le métal fondu à faible mouillabilité ne se répand pas correctement sur le plot de brasure. Ce métal est qualifié de non mouillant et réduit la force de liaison de la brasure d’angle. L’observation de la totalité de la brasure d’angle sans omission est à présent possible.

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Une unité combinant toutes les fonctions indispensables à l'assurance qualité des brasures

Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX exécute également des mesures 2D et 3D, parmi une multitude d’autres fonctions pratiques, permettant d’observer, d’analyser, de mesurer et d’évaluer différents types de défauts de brasure au cours de divers procédés de montage. Obtenez rapidement des images 4K entièrement nettes et des mesures de haute précision en quelques étapes simples, pour rationaliser efficacement toutes vos opérations.

Pour en savoir plus sur la Série VHX, cliquez sur le bouton ci-dessous pour télécharger le catalogue. Pour toute demande, cliquez sur l’autre bouton pour contacter KEYENCE.

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