Causes des moustaches d’étain, essais de croissance et solutions aux problèmes d’observation et d’évaluation
Les « moustaches », qui se produisent et se développent sous l’effet de différents facteurs, provoquent, notamment, des courts-circuits sur les dispositifs électriques et électroniques mis sur le marché et nécessitent donc des contre-mesures efficaces. Cette section détaille les causes des moustaches, leurs mécanismes de croissance et les environnements propices à ce phénomène et vous présente les méthodes d’essai les plus courantes. Vous y retrouverez également des exemples d’utilisation du nouveau microscope numérique 4K de KEYENCE pour résoudre les problèmes de l’observation des moustaches d’étain.
- Problèmes et causes des moustaches
- Essais de croissance, observation et évaluation des moustaches d’étain
- Derniers exemples de solutions aux problèmes de l’observation et de l'évaluation des moustaches d’étain
- Observation révolutionnaire de la croissance des moustaches d’étain en 3D
Problèmes et causes des moustaches
Les moustaches désignent un phénomène lors duquel un monocristal de métal croît spontanément sur une surface métallique. Les moustaches se produisent en particulier sur les placages d’étain (Sn) et de zinc (Zn). Le mot « moustache » fait référence aux moustaches de nombreux mammifères, notamment les chats et les souris, illustrant la croissance de projections en forme d’aiguilles ou de nodules sur des cristaux métalliques.
Problèmes et histoire des moustaches
Les moustaches qui se développent sur un circuit électrique ou une soudure risquent de provoquer des courts-circuits, entraînant une défaillance des produits électriques, circuits ou dispositifs électroniques.
En 1946, les radios exploitant des condensateurs variables cadmiés mises sur le marché étaient sujettes aux courts-circuits. Ce phénomène a mis en lumière les moustaches de cadmium.
Dans les années 1950, une faible quantité de plomb a été ajoutée aux alliages afin de ralentir la croissance des moustaches et cette contre-mesure s’est largement répandue. Depuis 2000, la tendance au bannissement du plomb a généralisé l’utilisation du placage à l’étain. Le placage à l’étain est cependant, lui aussi, sujet aux moustaches, provoquant la défaillance de nombreux produits, allant des montres aux réacteurs nucléaires et même aux satellites artificiels et navettes spatiales développés par la NASA, faisant de ce problème un enjeu majeur.
Causes des moustaches
Les moustaches se produiraient principalement sous l’effet des facteurs suivants :
- Diffusion dans les composés intermétalliques
- Corrosion galvanique*
- Contrainte externe
- Contrainte due à une différence de coefficient de dilatation thermique
La multitude des facteurs possiblement en cause est telle que le mécanisme sous-jacent des moustaches demeure encore aujourd’hui incertain.
La corrosion galvanique, également appelée corrosion bimétallique, se produit lorsqu’au moins deux métaux au potentiel électrique différent entrent en contact.
Environnements propices aux moustaches
Les moustaches d’étain et les moustaches de zinc se forment et se développent facilement car leurs atomes se diffusent activement à température ambiante. La diffusion est généralement déclenchée par des facteurs environnementaux. Voici les principaux facteurs de croissance des moustaches.
- Température ambiante
- Variation cyclique de la température
- Oxydation et corrosion
- Pression externe
- Électromigration*
Les moustaches se développent sous l’effet de l’électromigration au sein des semi-conducteurs à densité de courant élevée ou assemblés selon un montage spécial, par exemple à puce retournée.
L’électromigration se réfère au transfert d’atomes métalliques causé par le courant électrique qui traverse un circuit intégré. Par exemple, dans un fil d’aluminium, des moustaches et monticules peuvent apparaître et croître sur l’anode du fait du déplacement des atomes d’aluminium dans le sens de circulation des électrons.
Essais de croissance, observation et évaluation des moustaches d’étain
L’apparition et la croissance des moustaches d’étain peuvent provoquer la défaillance des produits électriques et électroniques, nécessitant la réalisation de divers essais de croissance, observations et évaluations pour mettre en œuvre les contre-mesures adaptées. Cette section vous présente les essais et conditions employés pour évaluer les moustaches d’étain. Vous y retrouverez des méthodes courantes et inédites d’observation et d’évaluation.
Exemples d’essais de croissance des moustaches d’étain
Vous trouverez ci-dessous des exemples des types et conditions d’essai actuellement appliqués pour évaluer les moustaches d’étain.
- Essai de stockage à température ambiante
- Observation de la croissance des moustaches d’étain sous l’effet de la diffusion dans les composés intermétalliques
Environnement : 30 ±2°C/60 ±3% HR, durée : 4000 heures
- Essai à température et humidité constantes
- Observation de la croissance des moustaches d’étain sous l’effet de la corrosion galvanique
Environnement : 55 ±3°C/85 ±3% HR, durée : 2000 heures
- Essai sous variation cyclique de la température
- Observation de la croissance de moustaches d’étain sous l’effet d’une différence de coefficient de dilatation thermique
Environnement : basse température −55 ±5°C ou −40 ±5°C/haute température 85 ±2°C ou 125 ±2°C, nombre de cycles : 2000
- Essai sous contrainte externe
- Observation de la croissance des moustaches d’étain sous l’effet d’une contrainte externe
Type : essai d’engagement de connecteur (avec produit réel), essai de charge (avec bille de zircone de 0,1 mm de diamètre et charge de 300 gf pendant 500 heures)
Observation et évaluation sous fort grossissement et contre-mesures clés aux moustaches d’étain
L’analyse et l’évaluation des conditions d’apparition et de croissance des moustaches d’étain par observation sous fort grossissement lors de chaque essai, permettent d’identifier les risques de défaillance du produit de façon précoce et d’agir proactivement pour réduire ces risques. Les données obtenues sont exploitées lors des phases de recherche et de développement, de conception du circuit, de sélection du matériau et de fabrication des produits électriques et électroniques afin de réduire les risques au minimum avant la mise sur le marché.
Des microscopes optiques polyvalents ou des microscopes électroniques à balayage (MEB) sont généralement utilisés pour observer les moustaches d’étain sous grossissement. Au lieu de lumière, les MEB exploitent un faisceau d’électrons à courte longueur d’onde pour réaliser une observation à l’échelle du nanomètre. Ces dernières années, les avancées des systèmes optiques et technologies de traitement d’image ont conduit au développement de microscopes numériques offrant une observation extrêmement précise et une utilisation intuitive. Ces microscopes numériques permettent d’observer et d’évaluer efficacement les moustaches d’étain sur des images entièrement nettes.
Derniers exemples de solutions aux problèmes de l’observation et de l'évaluation des moustaches d’étain
Le microscope numérique ultra-haute définition 4K Série VHX de KEYENCE exploite des technologies de pointe, telles qu’un objectif haute résolution, un capteur d’image CMOS 4K, un moteur de traitement d’image et un éclairage performant, garantissant une observation rapide et facile à fort grossissement à partir d’images 4K entièrement nettes. Cette section vous présente des exemples de solutions aux problèmes de l’observation et de l’évaluation classiques des moustaches d’étain.
Solutions aux problèmes de l’observation des moustaches d’étain au MEB
Avec le microscope numérique 4K Série VHX
Grâce au nouveau système optique et au capteur d’image CMOS 4K, plus besoin d'enceinte sous vide. La cible peut être observée tout en maintenant le champ de vision souhaité à un facteur de grossissement maximal de 6000x. L’observation est exécutée sur des images haute résolution 4K détaillées et sans aucune préparation chronophage.
Le système d’observation orientable selon un angle libre et la platine motorisée XYZ haute précision assurent un ajustement optimal de l’alignement, de la rotation et du mouvement oblique du champ de vision, permettant une observation libre et facile sous tous les angles.
De plus, la composition en profondeur en direct garantit une observation sur des images entièrement nettes de la totalité de la cible tout en maintenant un fort grossissement et une résolution élevée. D’un clic sur le point visé dans l’image globale, la fonction de composition en profondeur en direct déplace automatiquement la platine, effectue la mise au point et réalise l’assemblage, économisant ainsi de nombreuses étapes de positionnement, pour une observation plus efficace que jamais.
Solutions aux problèmes de l’observation des moustaches d’étain au microscope
Avec le microscope numérique 4K Série VHX
Les objectifs haute résolution et le revolver motorisé assurent une observation à fort grossissement sur des images 4K entièrement nettes grâce à un zoom continu de 20x à 6000x ne requérant aucune manipulation des objectifs.
- A. Objectif haute résolution
- B. Revolver motorisé
La composition en profondeur en direct, crée une image entièrement nette de la cible, même en cas d’existence de moustaches d’étain qui forment des irrégularités sur la surface, tout en maintenant un fort grossissement et une résolution élevée. D’un clic sur le point visé dans l’image globale, la fonction de composition en profondeur en direct déplace automatiquement la platine et effectue la mise au point pour observer une image entièrement nette, améliorant sensiblement l’efficacité.
Le système d’observation orientable selon un angle libre et la platine motorisée XYZ haute précision permettent d’observer la cible sous tous les angles. Les moustaches d’étain à projections en forme de nodules sont observées avec précision au point et selon l’angle souhaités.
Observation révolutionnaire de la croissance des moustaches d’étain en 3D
Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX propose de nombreuses fonctions pratiques, à l’instar de la mesure 3D, pour mesurer la forme 3D et le profil des moustaches d’étain, la reproduction des paramètres de capture, pour réaliser une observation dans des conditions strictement identiques, et la création de rapports.
Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX permet de quantifier et de rationaliser l‘observation, l'analyse et la mesure des moustaches d’étain qui se développent en trois dimensions, offrant de nombreux avantages tout au long de la chaîne de fabrication des produits électriques et électroniques.
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.
