Monitoramento em tempo real da propagação de microfissuras em placas de interconexão de alta densidade por meio da tecnologia de emissão acústica

1. Princípios e aplicabilidade da emissão acústica (EA)

A Emissão Acústica detecta ondas de tensão elástica de alta frequência (20 kHz–1 MHz) emitidas durante a deformação ou falha do material. Em placas HDI, a propagação de microfissuras (decorrentes de tensão térmica/mecânica) gera sinais de EA característicos. Principais vantagens:

• Alta sensibilidade: Detecta iniciação de trincas submicrométricas;

• Capacidade em tempo real: Monitora a evolução dinâmica de fissuras sem tempo de inatividade;

• Localização: Matrizes multissensores com algoritmos TDOA alcançam resolução de rachaduras em 3D (precisão de ±2 mm).

2. Projeto do sistema e parâmetros-chave

(1) Configuração do sensor

• Seleção de sensor:

  • Sensores piezoelétricos de banda larga (por exemplo, PAC R15α, 50–400 kHz);

  • Sensores MEMS miniaturizados (

• Layout da matriz:

  • Grades ortogonais ou conjuntos de anéis (espaçamento de 10–30 mm) cobrindo zonas críticas (juntas BGA, vias).

(2) Aquisição e pré-processamento de sinais

• Hardware:

  • DAQ de alta velocidade (≥10 MS/s, faixa dinâmica ≥80 dB);

  • Filtros passa-banda (20–500 kHz) para suprimir ruído de baixa frequência.

• Supressão de ruído:

  • Sensores de referência para cancelamento de ruído ambiental;

  • Transformadas wavelet para isolar sinais de rachaduras.

(3) Extração e classificação de características

• Parâmetros-chave: Amplitude, tempo de subida, energia, contagens;

  • Assinaturas de crack: Rajadas de alta amplitude com energia sustentada.

• Reconhecimento de padrões:

  • Algoritmos SVM/CNN para diferenciar rachaduras de eventos falsos (fibras de estanho, fadiga de solda).

3. Modelos de propagação de fissuras em tempo real

• Dinâmica de fissuras:

  • Os parâmetros AE (energia cumulativa, taxa de eventos) modelam o crescimento de fissuras (lei de Paris modificada:dum/dN=C(DK)m);

  • A análise de agrupamento identifica os estágios da trinca (iniciação, crescimento estável, fratura instável).

• Previsão de vida útil:

  • Integre dados FEA e AE para prever limites de RUL e falha.

4. Validação e Calibração

• Técnicas síncronas:

  • Correlacionar sinais AE com geometria de fissura via DIC ou micro-CT;

  • Monitoramento em tempo real durante o ciclo térmico (-55–125°C, JEDEC).

• Calibração:

  • Fissuras artificiais (entalhadas a laser) para banco de dados de sinais;

  • Fractografia SEM para confirmar fontes de sinal AE.

5. Desafios e Soluções

• Desafio 1: Ruído ambiental:

  • Solução: Algoritmos ANC + filtragem multissensor;

• Desafio 2: Atenuação de sinal em estruturas densas:

  • Solução: Guias de onda ou sensores focados em alta frequência;

• Desafio 3: Sobreposição de sinais de múltiplas rachaduras:

  • Solução: Separação cega de fontes (por exemplo, ICA).