Identificación de las causas de bigotes y superación de problemas de inspección
Los filamentos de estaño o “bigotes” pueden causar cortocircuitos y otros problemas en los dispositivos electrónicos, y requieren que se tomen contramedidas para evitar que se produzcan. En esta sección se explican las causas de los bigotes, los mecanismos de crecimiento y los entornos, así como diversas pruebas de evaluación de los mismos. En esta sección también se presentan ejemplos del uso del último Microscopio Digital 4K de KEYENCE, para mejorar los problemas en la observación de los filamentos de estaño cuando se utilizan microscopios ópticos convencionales o microscopios electrónicos de barrido (SEM).
- Problemas y causas de los bigotes
- Prueba, observación y evaluación de los filamentos de estaño
- Ejemplos de aplicación de la observación y evaluación de los filamentos de estaño
- El nuevo estándar para la observación de los filamentos de estaño
Problemas y causas de los bigotes
La formación de filamentos es un fenómeno en el que los metales forman largas proyecciones en forma de bigotes, que se producen con mayor frecuencia en el estaño y el zinc. Si los filamentos crecen entre las almohadillas de soldadura y se conectan, pueden provocar cortocircuitos.
Problemas e historia de los bigotes
Los cortocircuitos provocan fallas en los productos y dispositivos eléctricos.
En 1946, se producían muchas fallas en productos del mercado causadas por cortocircuitos en los radios que utilizaban condensadores variables enchapados con cadmio. Esto puso el foco de atención en los filamentos de cadmio.
En la década de 1950, se le añadió una pequeña cantidad de plomo a la aleación para frenar el crecimiento de los bigotes y esta contramedida se extendió ampliamente. Desde el año 2000, con la tendencia a prohibir el uso del plomo en los productos, se empezó a utilizar el estañado. Sin embargo, el uso de estaño provocó que los bigotes causaran fallas en productos que iban desde los relojes de pulsera hasta los reactores nucleares, e incluso los satélites y transbordadores espaciales de la NASA, lo que llevó a volver a centrarse en la identificación y eliminación de los bigotes.
Causas de los bigotes
Se cree que los bigotes se producen principalmente por la influencia de los siguientes factores:
- Difusión en compuestos intermetálicos
- Corrosión galvánica*
- Estrés externo
- Estrés generado por una diferencia en el coeficiente de expansión térmica
Con muchos otros factores posibles, el mecanismo subyacente de la formación de bigotes aún no está claro.
La corrosión galvánica, también conocida como corrosión bimetálica, se produce cuando dos o más metales diferentes entran en contacto eléctrico y existe una diferencia de potencial entre ellos.
Entornos donde se producen los bigotes
Los filamentos de estaño y los filamentos de zinc se producen y crecen fácilmente porque sus átomos se difunden activamente a temperatura ambiente. Las siguientes son las condiciones ambientales típicas en las que pueden aparecer los bigotes:
- Temperatura ambiente
- Ciclos de temperatura
- Oxidación y corrosión
- Presión externa
- Electromigración*
Los bigotes se producen debido a la electromigración en los semiconductores que tienen una alta densidad de corriente o un empaque especial, como el empaque de un flip chip.
La electromigración es el transporte de átomos metálicos causado por la corriente eléctrica que pasa a través de un circuito integrado. Por ejemplo, en un alambre de aluminio, pueden aparecer y crecer bigotes y montículos en el ánodo como resultado del movimiento de los átomos de aluminio en la dirección del flujo de electrones.
Prueba, observación y evaluación de los filamentos de estaño
Debido a que la aparición y el crecimiento de los filamentos de estaño, en particular, pueden causar que los productos eléctricos y electrónicos fallen, se llevan a cabo varias pruebas, observaciones y evaluaciones para implementar contramedidas. En esta sección se presentan las pruebas y condiciones típicas utilizadas para evaluar los filamentos de estaño.
Ejemplos de pruebas de evaluación de los filamentos de estaño
A continuación, se muestran ejemplos de los tipos y condiciones de las pruebas que se realizan actualmente para evaluar los filamentos de estaño.
- Prueba de almacenamiento a temperatura ambiente
- Observación del crecimiento de los filamentos de estaño que se producen debido a la influencia de la difusión en los compuestos intermetálicos
Ambiente: 30 ±2°C (86 ±3.6°F)/60 ±3%RH, tiempo: 4000 horas
- Prueba de temperatura y humedad constantes
- Observación del crecimiento de los filamentos de estaño que se producen debido a la corrosión galvánica
Ambiente: 55 ±3°C (131 ±5.4°F)/85 ±3%RH, tiempo: 2000 horas
- Prueba de ciclos de temperatura
- Observación del crecimiento de los filamentos de estaño que se producen debido a una diferencia en el coeficiente de expansión térmica
Ambiente: baja temperatura −55 ±5°C o −40 ±5°C (23 ±9°F o -40 ±9°F)/alta temperatura 85 ±2°C o 125 ±2°C (185 ±3.6°F o 257 ±3.6°F), número de ciclos: 2000
- Prueba de estrés externo
- Observación del crecimiento de los filamentos de estaño que se producen debido a la influencia del estrés externo
Tipo: prueba de acoplamiento del conector (utilizando productos reales), prueba de carga (utilizando una bola de circonio con un diámetro de 0.1 mm (0.004") y una carga de 300 gf durante 500 horas)
Contramedidas clave - Observación y evaluación con gran aumento
Es posible comprender los riesgos de fallo del producto con antelación y tomar contramedidas proactivas para dichos riesgos si las condiciones de aparición y crecimiento de los filamentos de estaño se pueden analizar y evaluar mediante la observación con gran aumento en cada prueba. La observación y el análisis con gran aumento permiten comprender los riesgos y tomar contramedidas antes de que el producto salga al mercado. Por ejemplo, la selección de materiales diferentes o el cambio del diseño del circuito pueden influir en la aparición de los bigotes.
Para la observación con gran aumento convencional de los filamentos de estaño, se han utilizado microscopios ópticos generales o microscopios electrónicos de barrido (SEM). En lugar de luz, los SEM utilizan un haz de electrones que tienen una corta longitud de onda para realizar la observación de nanoorden. Sin embargo, en los últimos años, los avances en el sistema óptico y las tecnologías de procesamiento de imágenes han llevado al desarrollo de microscopios digitales que permiten la observación con imágenes nítidas y operaciones sencillas. Dichos microscopios digitales se pueden utilizar para observar y evaluar los filamentos de estaño de manera efectiva con imágenes nítidas.
Ejemplos de aplicación de la observación y evaluación de los filamentos de estaño
Los SEM y los microscopios, que se han utilizado en la observación convencional de los filamentos de estaño, tienen varios problemas.
El Microscopio Digital 4K de ultra alta definición Serie VHX de KEYENCE utiliza tecnología de última generación —como una lente HR de alta resolución, un sensor de imagen CMOS 4K y una iluminación múltiple— para permitir una observación con gran aumento y operaciones sencillas. En esta sección se presentan ejemplos de soluciones para problemas en la observación y evaluación de filamentos de estaño convencionales.
Soluciones a problemas en la observación de filamentos de estaño utilizando SEMs
Problemas convencionales con los SEMs
Antes de observar los filamentos de estaño, la preparación, incluido el posicionamiento de la muestra en la cámara y la evacuación de la cámara para establecer un estado de vacío o de bajo vacío, requiere tiempo y esfuerzo.
La observación sólo es posible desde la parte superior de la muestra. Para observar los bigotes tridimensionales, es necesario llevar a cabo una serie de procedimientos de preparación cada vez que se cambia el ángulo.
Con el Microscopio Digital 4K Serie VHX
El sistema óptico recientemente desarrollado y el sensor de imagen CMOS 4K eliminan la necesidad de cámaras de vacío, lo que permite observar objetos en entornos sin vacío mientras se sigue el campo de visión con aumentos de hasta 6000x. La observación es posible con imágenes 4K nítidas y de alta resolución, y sin ninguna preparación que requiera mucho tiempo.
Con el sistema de observación de ángulo libre y la plataforma motorizada XYZ de alta precisión, la alineación del campo de visión, la rotación y el movimiento del eje oblicuo se realizan de forma óptima para la observación inclinada, lo que les permite a los usuarios observar libre y fácilmente desde cualquier ángulo.
Además, la composición de profundidad captura automáticamente imágenes completamente enfocadas, manteniendo un gran aumento y resolución. Con un solo clic se puede mover la plataforma a la ubicación deseada, enfocar automáticamente y capturar una imagen, lo que disminuye el tiempo necesario para la observación.
Soluciones a problemas en la observación de filamentos de estaño utilizando microscopios
Problemas convencionales de los microscopios ópticos
Si aparecen filamentos de estaño en tres dimensiones o si una muestra que tiene filamentos de estaño es tridimensional, los microscopios ópticos convencionales sólo enfocan parte de los filamentos de estaño.
Además, no se puede realizar una observación inclinada, lo que provoca ajustes que llevan mucho tiempo y requieren un usuario experimentado.
Con el Microscopio Digital 4K Serie VHX
La lente HR de alta resolución y el revólver motorizado permiten una observación con gran aumento con imágenes 4K nítidas a través de un acercamiento continuo entre 20x y 6000x sin necesidad de sustituir la lente.
- A. Lente HR de alta resolución
- B. Revólver motorizado
La composición en tiempo real permite enfocar un objeto completo, incluso si presenta irregularidades en la superficie o cambios de altura. El diseño totalmente motorizado permite realizar todas las operaciones con un ratón, lo que mejora drásticamente la eficiencia del trabajo.
El uso del sistema de observación de ángulo libre y de la plataforma motorizada XYZ de alta precisión permite la observación inclinada, lo que no era posible con los microscopios convencionales. Los filamentos de estaño crecidos que forman proyecciones similares a nódulos se pueden observar de manera efectiva en la ubicación y desde el ángulo deseado.
El nuevo estándar para la observación de los filamentos de estaño
Además de las funciones presentadas aquí, el Microscopio Digital 4K de alta definición Serie VHX está equipado con muchas otras funciones, como la medición 3D, que permite una medición de la forma 3D y de perfiles de los filamentos de estaño; la reproducción, que reproduce automáticamente las condiciones de captura de imágenes; y la creación de informes.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX les permite a los usuarios cuantificar y agilizar la observación, el análisis y la medición de los bigotes.
Para obtener más información sobre los productos o realizar consultas, haga clic en los siguientes botones.
