Realtime monitoring van de voortplanting van microscheuren in interconnectborden met hoge dichtheid via akoestische emissietechnologie

1. Principes en toepasbaarheid van akoestische emissie (AE)

Akoestische emissie detecteert hoogfrequente elastische spanningsgolven (20 kHz–1 MHz) die worden uitgezonden tijdens materiaalvervorming of -breuk. In HDI-platen genereert de voortplanting van microscheuren (door thermische/mechanische spanning) karakteristieke AE-signalen. Belangrijkste voordelen:

• Hoge gevoeligheid: Detecteert het ontstaan ​​van submicronscheuren;

• Real-time mogelijkheden: Monitort de dynamische scheurontwikkeling zonder downtime;

• Lokalisatie:Multi-sensor arrays met TDOA-algoritmen bereiken 3D-scheurnauwkeurigheid (±2 mm nauwkeurigheid).

2. Systeemontwerp en belangrijkste parameters

(1) Sensorconfiguratie

• Sensorselectie:

  • Breedband piëzo-elektrische sensoren (bijv. PAC R15α, 50–400 kHz);

  • Geminiaturiseerde MEMS-sensoren (

• Array-indeling:

  • Orthogonale roosters of ringarrays (10–30 mm afstand) die kritische zones bedekken (BGA-verbindingen, via's).

(2) Signaalacquisitie en voorverwerking

• Hardware:

  • Hoge-snelheid DAQ (≥10 MS/s, ≥80 dB dynamisch bereik);

  • Banddoorlaatfilters (20–500 kHz) om laagfrequente ruis te onderdrukken.

• Ruisonderdrukking:

  • Referentiesensoren voor het onderdrukken van omgevingsgeluid;

  • Wavelet-transformatie om kraaksignalen te isoleren.

(3) Kenmerk extractie en classificatie

• Belangrijkste parameters: Amplitude, stijgtijd, energie, tellingen;

  • Krakende signalen: uitbarstingen met hoge amplitude en aanhoudende energie.

• Patroonherkenning:

  • SVM/CNN-algoritmen om scheuren te onderscheiden van valse gebeurtenissen (tin whiskers, soldeermoeheid).

3. Real-time scheurvoortplantingsmodellen

• Scheurdynamiek:

  • AE-parameters (cumulatieve energie, gebeurtenissnelheid) modelleren scheurgroei (gewijzigde wet van Parijs:DA/DN=C(DK)M);

  • Met clusteranalyse worden de verschillende scheurstadia geïdentificeerd (initiatie, stabiele groei, onstabiele breuk).

• Levenslange voorspelling:

  • Integreer FEA- en AE-gegevens om RUL- en faaldrempels te voorspellen.

4. Validatie en kalibratie

• Synchrone technieken:

  • Correleer AE-signalen met scheurgeometrie via DIC of micro-CT;

  • Realtime monitoring tijdens thermische cycli (-55–125°C, JEDEC).

• Kalibratie:

  • Kunstmatige scheuren (lasergekerfd) voor signaaldatabase;

  • SEM-fractografie om AE-signaalbronnen te bevestigen.

5. Uitdagingen en oplossingen

• Uitdaging 1: Omgevingsgeluid:

  • Oplossing: ANC-algoritmen + multi-sensorfiltering;

• Uitdaging 2: Signaalverzwakking in dichte structuren:

  • Oplossing: Golfgeleiders of hoogfrequent gefocusseerde sensoren;

• Uitdaging 3: Signaaloverlap van meerdere scheuren:

  • Oplossing: Blinde bronscheiding (bijv. ICA).