Essai de résistance à la traction et au cisaillement - Composant CMS (Composant monté en surface)

L'essai de résistance au cisaillement est une méthode d'évaluation mécanique essentielle utilisée dans la fabrication électronique pour évaluer la fiabilité et la qualité des joints de soudure entre les composants montés en surface (résistances, condensateurs, résistances CMS ou boîtiers LED) et les pastilles de circuits imprimés (PCB). Cette méthode mesure la force que le joint de soudure peut supporter sous une charge de traction (traction) ou de cisaillement latéral et permet d'identifier des problèmes tels qu'un mouillage insuffisant, des vides, une fragilité des composés intermétalliques, un volume de soudure insuffisant ou des défauts de fabrication.

Dans les applications réelles (smartphones, électronique automobile, dispositifs industriels, etc.), les joints de soudure CMS sont soumis à des cycles thermiques, des vibrations, des chocs mécaniques et des chutes. Les essais de traction et de cisaillement fournissent des données quantitatives sur la résistance de la liaison, complétant ainsi l'inspection visuelle (selon la norme IPC-A-610), les radiographies ou l'analyse par sectionnement. Ils permettent de valider les procédés de soudure, la conception des gabarits, les profils de refusion et le choix des matériaux.

Les principaux types de tests pour les joints de soudure CMS sont les suivants :

• Test de résistance au cisaillement : une force horizontale (latérale) est appliquée parallèlement à la surface du circuit imprimé (PCB) afin de pousser ou de couper le composant. Cette méthode est couramment utilisée pour les composants CMS sans plomb et certains boîtiers à broches. Lors du test, un outil de coupe plat ou en forme de burin est placé contre le côté du composant et déplacé horizontalement à vitesse contrôlée. Les modes de défaillance possibles sont : rupture de la soudure, décollement des pastilles, fracture du composant ou défaut d’adhérence/de liaison.

Les normes typiques pour cette méthode comprennent :

• IEC 62137-1-2 Technologie de montage en surface - Partie 1-2 : Essais de résistance au cisaillement mécanique des joints de soudure.
• Certaines sections de la norme CEI 60068-2-21 (Essais environnementaux - Essai U : Robustesse des terminaisons et des dispositifs d'assemblage intégrés)
• Norme JEITA ET-7409/103 (méthode de coupe au couple pour certaines situations)
• Test de résistance à la traction : Applique une force de traction (vers le haut/l’extérieur) à la carte de circuit imprimé (PCB) perpendiculairement ou selon un angle. Les variantes courantes comprennent :
• Extraction par crochet ou par pince à épiler des composants plombés.
• Extraction par impulsion froide des billes de soudure BGA/CSP : saisit et tire une seule bille vers le haut.
• Tirez à un angle de 45 degrés pour une évaluation générale de la connexion.

Lors des tests, un crochet, un porte-pince ou une pince est fixé à l'extrémité/au corps du composant et tiré verticalement ou selon un angle.

Les normes typiques pour cette méthode comprennent :

• IEC 62137-1-1 (essai de résistance à la traction des joints de soudure)
• JEDEC JESD22-B115 (pour le dessin au choc à froid)

En règle générale, pour un meilleur accès et une application de contrainte réaliste, la carte de circuit imprimé (PCB) doit être fixée à un angle de 45 degrés.

De nombreuses machines d'essai d'assemblages modernes combinent des capacités de traction et de cisaillement dans un seul système avec alignement automatique, capteurs de force/charge (généralement dans la plage 0-100 kg) et logiciel d'analyse des modes de défaillance.

La procédure typique suit les étapes suivantes :

• La carte de circuit imprimé (PCB) est solidement fixée à un dispositif (vertical pour la découpe, incliné pour le tirage).
• L'instrument est aligné avec précision sur le composant (à l'aide d'une platine XY et d'un microscope).
• La force est appliquée à une vitesse contrôlée (par exemple, 0,1 à 10 mm/min selon la norme).
• La force maximale et le mode de rupture sont enregistrés.
• Les critères d'acceptation sont utilisés à des fins de comparaison (généralement sur une base spécifique au client ou selon les minimums IEC/JEDEC, en fonction de la surface de soudure ou de la masse du composant).

Analyse et interprétation des failles :

• Bonne connexion : Fractures de soudure en masse à force élevée (cisaillement ductile).
• Liaison défectueuse : formation de cratères dans la zone de soudure, rupture intermétallique fragile ou faible résistance. Ceci indique des problèmes de procédé (par exemple, formation excessive de vides, encrassement, mauvaise refusion).

Les essais de résistance au cisaillement par traction constituent un test mécanique destructif nécessaire dans la fabrication électronique et l'ingénierie de la fiabilité pour diverses raisons critiques.

Les principales raisons pour lesquelles cette méthode est importante sont les suivantes :

• Mesure la résistance mécanique et la fiabilité réelles : les joints de soudure des composants CMS doivent résister non seulement à la liaison électrique, mais aussi aux contraintes mécaniques tout au long du cycle de vie du produit. Les tests de traction et de cisaillement appliquent des charges contrôlées de traction (force de traction) ou de cisaillement latéral (force de cisaillement) afin de mesurer la force maximale nécessaire pour provoquer une rupture. Ceci fournit des données objectives et numériques sur la résistance de la liaison, données que les méthodes visuelles ou radiographiques ne peuvent pas fournir de manière fiable.
• Elle détecte les défauts cachés ou subtils que les méthodes non destructives ne parviennent pas à identifier : de nombreuses faiblesses critiques sont invisibles ou difficiles à détecter sans appliquer de contrainte.
• Couches de composés intermétalliques fragiles formées lors du refusion ou du vieillissement.
• Des écarts excessifs, un mouillage insuffisant, un volume de soudure insuffisant ou une contamination.
• Mauvaise adhérence du coussinet ou cratère précoce du coussinet.
• Modifications dues à la miniaturisation (les liaisons plus petites présentent des distributions de contraintes différentes, l'épaisseur de l'IMC devenant proportionnellement plus dominante).

Ces problèmes entraînent souvent des défaillances de faible résistance. Ce test permet de quantifier ces défaillances.

• Il simule les contraintes mécaniques et les modes de défaillance réels : les produits électroniques sont confrontés aux problèmes suivants :
• Contraintes liées au transport et à l'assemblage (par exemple, retrait de la carte de circuit imprimé, installation des connecteurs, tests en circuit).
• Vibrations et chocs (automobile, aviation, appareils grand public lors de chutes ou de transports).
• Cycles thermomécaniques (différences de dilatation/contraction).

Les essais de cisaillement simulent les forces latérales, tandis que les essais de traction simulent les charges de traction/hors plan. Les variantes à haute vitesse présentent une bonne corrélation avec les performances en cas de chute/choc.

• Il permet la vérification, la qualification et l'amélioration continue des processus : les fabricants utilisent les données de découpe par traction dans les situations suivantes :
• Caractérisation des procédés : nouvelles pâtes à braser, nouveaux modèles de pochoirs ou nouveaux revêtements de surface.
• Inspection à réception des composants/cartes.
• Analyse des défaillances après des tests de fiabilité (cyclage thermique, vieillissement, test de chute).
• Comparaison entre fournisseurs ou parties.
• Elle complète d'autres méthodes : tandis que la sectionnement révèle la microstructure et que la coloration et l'élimination révèlent les schémas de fissures, les mesures de traction-cisaillement fournissent des mesures rapides, répétables et basées sur la force.

Depuis de nombreuses années, notre organisation, forte de son personnel compétent et expérimenté, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'implémentation et l'amélioration de leurs systèmes de gestion. Dans ce cadre, nous proposons également aux entreprises des services d'essais de résistance à la traction et au cisaillement pour les composants CMS (composants montés en surface).