Connaissances pratiquesDendrites, distances de fuite et dépôts sur les assemblages électroniques – tout cela est-il lié à la migration électrochimique ?

Aperçu des mécanismes de défaillance dendritiques et de leurs modes de défaillance à travers des exemples pratiques

Distances de fuite entre Gull Wings

Migration électrochimique entre joints de soudure THT

Dendrites (arborescences) sur un assemblage revêtu

Formation de dendritesCorrosion induite par l’humidité: un danger pour vos assemblages

La corrosion induite par l’humidité pendant le fonctionnement des assemblages électroniques entraîne fréquemment une défaillance fonctionnelle en raison de courants parasites. La cause : des chemins conducteurs apparaissent entre des contacts à potentiels différents à la surface des composants. Ce mode de défaillance, désigné par dépôts, distances de fuite ou migration ionique, commence par le pontage de deux contacts via un film ou une goutte d’eau. De faibles distances entre les contacts, des contaminations ioniques ainsi que des dommages préexistants ou des défauts de qualité des matériaux isolants renforcent ce mécanisme de défaillance.

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RECHERCHE DES CAUSESÉliminer durablement les défaillances dendritiques

Les défaillances lors des tests de fiabilité ainsi que les pannes sur le terrain concernent souvent des assemblages présentant des mécanismes dendritiques. Grâce à notre recherche approfondie des causes, appelée « analyse de la cause racine », nous identifions non seulement le mécanisme de défaillance sous-jacent, mais nous développons également des mesures ciblées qui aident nos clients à éviter de futures défaillances et à améliorer durablement leurs produits.

Black Spots auf Leistungsmodul

DIAGNOSTIC DES PANNESMécanismes favorisant les structures dendritiques

La migration électrochimique (ECM) est l’une des causes de défaillance les plus fréquentes dans l’électronique de signal fonctionnant sous des tensions inférieures à 3 V. Les structures dendritiques visibles, qui se développent de la cathode vers l’anode, confortent souvent cette première hypothèse. Cependant, d’autres mécanismes tels que l’électromigration, l’électrocorrosion ou encore la formation de whiskers peuvent engendrer des schémas de défaillance dendritiques similaires.

Dans les applications haute tension et les modules de puissance, des phénomènes comme le « treeing » électrique et électrochimique, ainsi que le phénomène de migration anodique (AMP), jouent également un rôle déterminant.

Afin d’analyser avec précision les structures dendritiques et autres mécanismes de défaillance, nous recourons à des méthodes d’investigation éprouvées.

Vous trouverez ci-dessous deux exemples concrets illustrant notre approche:

ÉTUDE DE CAS 101 | Diagnostic des pannes par analyses ciblées

ECM zwischen Lötstellen

Recherche initiale des causes

Des précipitations ou des dendrites sont-elles présentes?
→ Dendrites clairement identifiables
La direction de croissance est-elle reconnaissable?
→ Direction de croissance identifiable de la cathode vers l’anode

Évaluation approfondie

Quelle est la composition élémentaire?
→ Cuivre
Détermination de la structure exacte
→ Dendrites avec direction de croissance

ÉTUDE DE CAS 201 | Diagnostic des pannes par analyses ciblées

ECM auf Kondensator

Recherche initiale des causes

Des précipitations ou des dendrites sont-elles présentes?
→ Non, pas clairement identifiables
La direction de croissance est-elle reconnaissable?
→ Non

Évaluation approfondie

Quelle est la composition élémentaire?
→ Étain
Détermination de la structure exacte
→ Dendrites avec direction de croissance et précipitations

02 | Interprétation des résultats d’analyse

La présence d’une structure dendritique avec une direction de croissance clairement identifiable de la cathode vers l’anode soutient l’hypothèse de la migration électrochimique (ECM).

L’évaluation approfondie apporte la preuve décisive : le fort grossissement révèle des détails sur la structure et la direction de croissance, tandis que l’analyse de la composition élémentaire confirme que le dendrite est principalement constitué de cuivre métallique. Comme le cuivre est le matériau des pistes conductrices, cela conduit logiquement à la conclusion qu’il s’agit d’un cas de migration électrochimique (ECM).

02 | Interprétation des résultats d’analyse

Lors de l’analyse initiale des causes, des structures semblables à des dendrites ainsi que des dépôts non dirigés sont visibles, sans direction de croissance identifiable.

L’évaluation approfondie révèle toutefois une superposition de dendrites d’étain, croissant de la cathode vers l’anode, et de dépôts non dirigés contenant de l’étain.

Dans les deux cas, l’étain provient des terminaisons du composant SMT. Les dendrites d’étain dirigées confirment d’abord l’hypothèse de la migration électrochimique (ECM). De plus, cet exemple met en évidence le mécanisme AMP, qui provoque des dépôts d’étain à partir de l’anode. Il s’agit donc d’une combinaison de ECM et AMP.

Approches de solutionPourquoi l’ECM et l’AMP apparaissent-ils?

Dans les deux exemples pratiques présentés, nos investigations ont d’abord permis de clarifier clairement le mécanisme de défaillance. La question de la cause réelle, le « root cause », reste toutefois ouverte. Pourquoi observe-t-on donc, dans les deux cas, l’apparition de la migration électrochimique (ECM) ou du phénomène de migration anodique (AMP)?

03 | Étapes suivantes

Dans cet exemple, une analyse complémentaire a révélé une charge ionique accrue sur l’ensemble de la surface de la carte électronique. Parmi les ions détectés figuraient notamment le chlorure et le bromure, qui, en raison de leurs propriétés hygroscopiques, attirent et retiennent l’humidité de l’air.

Cela conduit à la formation de films et de gouttelettes d’eau entre les contacts, créant ainsi les conditions favorables à la migration électrochimique (ECM).

→ Approches de solution

La spécification de la pâte à braser ou du flux doit être vérifiée afin de s’assurer qu’ils sont « sans halogène ». En cas d’écart, une clarification avec le fournisseur est nécessaire.
Une réduction de la charge ionique peut être obtenue par des mesures telles que le nettoyage de la carte électronique, afin de minimiser le risque de défaillance.

03 | Étapes suivantes

Dans cet exemple, l’analyse complémentaire n’a pas révélé de charge ionique accrue. En revanche, dans le produit final assemblé, une masse à forte inertie thermique a été identifiée dans le boîtier, directement au-dessus de la zone concernée.

Lors des variations de température, l’eau a tendance à se condenser à cet endroit précis et à s’égoutter du boîtier sur la zone affectée.

→ Approches de solution

La conception du boîtier et la situation d’intégration doivent être vérifiées et, si nécessaire, optimisées afin de minimiser le risque de pénétration d’humidité.
La déshumidification active de l’air ambiant, par exemple au moyen d’une aération ou d’une ventilation, peut contribuer à réduire les accumulations d’humidité.

UNE EXPERTISE DE LONGUE DATEÉviter les défaillances et sécuriser les processus

La majorité de nos clients effectue des tests approfondis sur leurs assemblages électroniques, parmi lesquels : condensation (K15), chaleur humide cyclique (K08/09), chaleur humide constante (K14), brouillard salin (K06/07), essai d’indice de protection IP (K10), H3TRB, essai aux gaz corrosifs ou encore tests de choc à l’eau de ruissellement.

Lorsque des anomalies telles qu’une faible résistance, des courts-circuits ou des modifications optiques apparaissent, ils font appel à nous.

L’examen de retours terrain présentant des phénomènes tels que des chemins de fuite, la migration ionique, des points noirs, la formation de dendrites ou des dépôts fait également partie de notre activité quotidienne.

Notre objectif est d’analyser les causes avec précision et de développer des mesures ciblées afin de respecter les calendriers SOP et d’éviter des rappels de produits.