Zoom sur les défauts de circuit avec l’imagerie de nouvelle génération


Les ingénieurs électriciens ont identifié manuellement les défauts de circuit à l’aide de tests multimétriques et d’inspections visuelles, passant d’innombrables heures à mesurer les courants et à inspecter les défauts de soudure. L’imagerie de nouvelle génération pourrait accélérer la recherche de traces de défauts dans les circuits électroniques, conduisant à une détection et une isolation plus précises des défauts. Ces atouts modifient la façon dont les laboratoires perçoivent la microélectronique, qui est l’élément vital de l’ère numérique.

La nécessité d’une détection et d’une isolation avancées des défauts
Les infrastructures critiques comme les télécommunications et les énergies renouvelables fonctionnent grâce à la microélectronique comme les semi-conducteurs et les condensateurs. Les circuits intégrés numériques sur les cartes de circuits imprimés peuvent avoir des millions de dispositifs de connexion, ce qui en fait l’une des technologies les plus complexes de la planète. Les défauts de trace dans les circuits électroniques sont essentiels pour une inspection rigoureuse et un contrôle qualité avant de se diriger vers la fabrication et le marché. Voici quelques autres défauts courants que l’imagerie pourrait mettre en évidence :

Problèmes de soudure

Morceaux brisés

Chemins de circuit interrompu

Mauvaise gravure

Gestion inadéquate de la tension

Défauts de contact

Surintensités

Mauvaise thermorégulation

Incompatibilité avec d’autres pièces, comme l’alimentation

Un circuit imprimé défectueux dans un système de sécurité gouvernemental peut inciter à un conflit international ou fermer des hôpitaux parce que le matériel du centre de données est court-circuité. Trop d’opérations délicates et nécessaires reposent sur ces matières premières et ces circuits sains à l’ère moderne, ce qui fait de la découverte et de la correction des défauts l’un des travaux les plus importants des ingénieurs en électronique et en contrôle.

L’imagerie allège les charges tout en rendant les opérations plus ciblées et productives. Les exigences imposées aux ingénieurs en microélectronique sont plus élevées que jamais, et les pressions ne feront que s’amplifier à mesure que les articles analogiques seront numérisés. Il fait le lien entre les meilleures mentalités en matière de méthodes de diagnostic des pannes basées sur des modèles et des données pour des opérations plus puissantes.

Microscopie optique
Il s’agit de l’une des méthodes d’imagerie les plus connues et les plus discrètes, car les technologies microscopiques deviennent de plus en plus robustes chaque année. Les microscopes optiques sont capables de détecter les défaillances et les dégradations visibles dans les circuits. De nombreuses options de personnalisation et de dimensionnement sont disponibles en fonction de la panne suspectée.

Les laboratoires peuvent voir les pièces de la carte en sections dans un environnement non destructif. Il permet un contraste simple à différentes résolutions pour comprendre de manière exhaustive l’état du circuit. Combinez-le avec d’autres stratégies pour identifier efficacement les problèmes, y compris, mais sans s’y limiter :

Simulation laser thermique

Microscopie électronique à photoémission

Électroluminescence

Microscopie électronique à transmission

Gravure par ions réactifs profonds
Il est parfois nécessaire de décoller les couches d’un PCB pour découvrir un défaut. C’est la rétro-ingénierie dans ce qu’elle a de plus pratique. La gravure ionique réactive avec d’autres techniques, comme la gravure chimique humide ou le fraisage par faisceau d’ions, permet de localiser rapidement les anomalies de performance.

Bien qu’il ne s’agisse pas d’une technique d’imagerie en soi, elle est nécessaire pour améliorer la qualité et le succès d’une image fiable. La gravure ionique réactive introduit des charges dans les traces du circuit à des profondeurs variables pour voir jusqu’où les problèmes pénètrent.

Microscopie acoustique à balayage
Les PCB comprennent des substrats et des écrans, et ces stratifiés minces nécessitent autant d’examen que les autres composants du circuit intégré. La SAM est une méthode d’imagerie qui pourrait révéler si un délaminage s’est produit sur la base des ondes sonores rebondissant sur ces caractéristiques délicates. Parfois, le positionnement de l’acoustique traite une image plus cristallisée que la lumière dans d’autres formes de détection de défauts.

La manipulation de fréquence est essentielle pour pénétrer suffisamment profondément dans les couches du PCG et affiner les caractéristiques spécifiques que les ingénieurs peuvent considérer comme les sites problématiques. Les échos se reflètent-ils correctement sur les surfaces, ou les images révèlent-elles des signaux qui se sont échappés ? Bien que cela puisse indiquer une erreur de fabrication, cela pourrait également révéler des oublis d’emballage ou un assemblage agressif, entraînant des perforations et des fractures dans les couches.

Tests radiographiques
De nombreuses méthodes d’imagerie examinent les défauts externes, alors qu’est-ce qui révèle les problèmes internes ? Les tests radiographiques aux rayons X ou gamma sont une ressource puissante pour identifier les désalignements, les fissures et les inefficacités de la soudure. Il s’agit d’une méthode non destructive, permettant aux ingénieurs en électronique d’inspecter en profondeur la microélectronique assemblée, quelle que soit la complexité de la structure. Cela permet d’économiser du temps et de la main-d’œuvre en séparant soigneusement les composants, ce qui peut entraîner davantage de défauts dans le processus.

La radiographie avancée rend les images plus rapides et plus claires. Les programmes permettent aux ingénieurs de manipuler, de zoomer et d’inspecter des photos afin d’améliorer la prise de décision sur la manière et le moment de s’attaquer à la panne. Des innovations comme la radiographie démontrent le potentiel de l’imagerie sans intervention pour découvrir ce que des mains attentives passeraient autrement des heures à accomplir.

Analyse des points chauds
L’imagerie thermique et l’analyse des points chauds sont idéales pour identifier les défauts invisibles liés à la dispersion de la chaleur et à la tension. Il s’agit d’une autre méthode non invasive, qui permet à l’équipement d’imagerie d’identifier les variations de température tout au long du circuit. Il permet aux techniciens d’éviter d’avoir à s’approcher d’appareils partiellement actifs. Il peut s’agir d’une fuite quelque part dans l’appareil, ou de l’alimentation qui libère un courant trop intense pour que la carte puisse le gérer.

Certaines méthodes de détection des points chauds intègrent des cristaux liquides, tandis que d’autres utilisent des faisceaux laser. Idéalement, le cristal révélera les points clairs et sombres sur toute la planche où reposent les poches de chaleur. Les lasers rebondissent à travers les substrats, et le mouvement identifie où se trouvent les afflux de chaleur. Les ondes ultrasonores sont une alternative moderne qui tente de réduire la probabilité que la technologie externe ait un impact sur la fonctionnalité de la carte après l’identification.

Microscopie électronique à balayage
Le MEB est une autre variante populaire de la microscopie qui exploite les faisceaux d’électrons et l’interactivité atomique pour mettre en évidence les défauts. La topographie des circuits intégrés devient immédiatement visible pour une section transversale haute résolution et zoomée de chaque joint de soudure.

La méthode est très polyvalente et compatible avec d’autres formes de détection de défauts, telles que la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie. Il aide les ingénieurs à localiser les éléments d’un circuit imprimé pour vérifier qu’ils sont au bon endroit et générer les réponses correctes aux entrées. De plus, le SEM s’intègre aux systèmes de conception assistée par ordinateur et aux méthodes d’examen conventionnelles, telles que les tests de paramètres de dispositif, pour une expérience holistique d’évaluation des défauts en un seul endroit.

Trouver tous les défauts de trace dans les circuits électroniques
L’imagerie avancée sera au cœur de la détection de défauts de nouvelle génération en microélectronique. La détection et l’isolation des pannes étaient autrefois une activité exigeante, et c’est toujours le cas. Cependant, les ingénieurs en électronique connaîtront une nouvelle ère de précision et d’action à mesure que l’imagerie accélère les diagnostics. Les défauts de trace dans les circuits électroniques seront une préoccupation pour toujours, principalement à mesure que la technologie devient plus complexe et diversifiée dans son application. Par conséquent, la mise en œuvre de nouvelles techniques d’imagerie pour le contrôle de la qualité est essentielle pour la stabilité industrielle.