Correlación de imágenes digitales para electrónica

Los análisis de correlación de imágenes digitales ( DIC ) tienen aplicaciones en la caracterización de propiedades de materiales , la medición de desplazamientos y el mapeo de deformaciones. Por ello, la DIC se está convirtiendo en una herramienta cada vez más popular para evaluar el comportamiento termomecánico de componentes y sistemas electrónicos.

La aplicación más común de la correlación digital de imágenes (DIC) en la industria electrónica es la medición del coeficiente de expansión térmica (CTE). Debido a que es una técnica de superficie de campo completo sin contacto, la DIC es ideal para medir el CTE efectivo de placas de circuito impreso (PCB) y superficies individuales de componentes electrónicos. ^{[ 1 ]} Es especialmente útil para caracterizar las propiedades de circuitos integrados complejos , ya que los efectos combinados de expansión térmica del sustrato, el compuesto de moldeo y el chip hacen que el CTE efectivo sea difícil de estimar en la superficie del sustrato con otros métodos experimentales. Las técnicas de DIC se pueden utilizar para calcular la deformación promedio en el plano en función de la temperatura sobre un área de interés durante un perfil térmico. Luego, se puede utilizar el ajuste de curvas lineales y el cálculo de la pendiente para estimar un CTE efectivo para el área observada. ^{[ 2 ]} Dado que el factor determinante en la fatiga de la soldadura es con mayor frecuencia la discrepancia de CTE entre un componente y la PCB a la que está soldado, las mediciones precisas de CTE son vitales para calcular las métricas de confiabilidad del ensamblaje de placas de circuito impreso (PCBA). ^{[ 1 ]}

La DIC también es útil para caracterizar las propiedades térmicas de los polímeros . ^{[ 3 ]} Los polímeros se utilizan a menudo en ensamblajes electrónicos como compuestos de encapsulado, recubrimientos conformes , adhesivos, compuestos de moldeo, dieléctricos y rellenos inferiores. Debido a que la rigidez de estos materiales puede variar ampliamente, determinar con precisión sus características térmicas con técnicas de contacto que transfieren carga a la muestra, como el análisis mecánico dinámico (DMA) y el análisis termomecánico (TMA), es difícil de hacer con consistencia. Las mediciones precisas del CTE son importantes para estos materiales porque, dependiendo del caso de uso específico, la expansión y contracción de estos materiales pueden afectar drásticamente la fiabilidad de las uniones de soldadura. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Por ejemplo, si se permite que un recubrimiento conforme rígido u otra encapsulación polimérica fluya debajo de un QFN , su expansión y contracción durante el ciclo térmico puede agregar tensión de tracción a las uniones de soldadura y acelerar la falla por fatiga. ^{[ 6 ]}

Las técnicas DIC también permitirán detectar la temperatura de transición vítrea (T _g ). A la temperatura de transición vítrea, la gráfica de deformación frente a temperatura mostrará un cambio de pendiente.

Determinar la Tg _es crucial para los materiales poliméricos cuyas temperaturas de transición vítrea podrían estar dentro del rango de temperatura de funcionamiento de los conjuntos y componentes electrónicos en los que se utilizan. Por ejemplo, algunos materiales de encapsulado pueden experimentar un cambio en el módulo de elasticidad de hasta 100 veces o más en la región de transición vítrea. Dichos cambios pueden tener consecuencias drásticas en la fiabilidad de un conjunto electrónico si no se tienen en cuenta durante el proceso de diseño.

Cuando se emplean técnicas DIC 3D, se puede rastrear el movimiento fuera del plano además del movimiento en el plano. ^{[ 7 ] [ 8 ]} La deformación fuera del plano es de especial interés a nivel de componente del encapsulado electrónico para la cuantificación de la fiabilidad de las uniones de soldadura. La deformación excesiva durante el reflujo puede contribuir a uniones de soldadura defectuosas al levantar los bordes del componente de la placa y crear defectos de cabeza en almohada en matrices de rejilla de bolas (BGA). ^{[ 9 ]} La deformación también puede acortar la vida útil por fatiga de uniones adecuadas al agregar tensión de tracción a las uniones de borde durante el ciclo térmico.

Cuando una PCBA está sobredeterminada, la tensión termomecánica producida durante la expansión térmica puede causar deformaciones en la placa que podrían afectar negativamente la fiabilidad de los componentes individuales y del conjunto en general. Las capacidades de monitorización de campo completo de una técnica de correlación de imágenes permiten medir la magnitud y la ubicación de la deformación en la superficie de una muestra durante un evento que provoca desplazamiento, ^{[ 10 ]} como una PCBA durante un perfil térmico. Estos "mapas de deformación" permiten comparar los niveles de deformación en áreas completas de interés. Muchos métodos discretos tradicionales, como los extensómetros y los extensómetros , solo permiten mediciones localizadas de la deformación, lo que limita su capacidad para medir eficientemente la deformación en áreas de interés más grandes. Las técnicas DIC también se han utilizado para generar mapas de deformación a partir de eventos puramente mecánicos, como pruebas de impacto por caída, en conjuntos electrónicos. ^{[ 11 ]}

• Transición vítrea
• Análisis térmico