Qu'est-ce qu'un test DPA ?

Sur ces pages, nous abordons souvent en détail les différents tests climatiques destinés à vérifier la conformité des matériaux et des produits.

Cependant, bien souvent, les tests sur les produits et les matériaux ne sont pas effectués individuellement, mais organisés en protocoles visant à examiner toutes les faiblesses possibles d'un échantillon donné. 

C'est le cas des tests DPA.

À quoi servent les tests DPA ?

Comme nous l'avons dit, le test DPA est davantage un protocole qu'un test, c'est-à-dire un ensemble de différents types de tests à effectuer successivement sur un échantillon afin de vérifier sa résistance à tous les facteurs susceptibles de compromettre son fonctionnement.

DPA signifie Analyse Physique Destructive, indiquant l'intensité des contraintes auxquelles l'échantillon sera soumis.

DPA Testing s'intéresse principalement aux secteurs militaire et aérospatial et, plus particulièrement, aux composants électroniques utilisés dans ce domaine.

Les tests rigoureux qui composent le protocole de test DPA servent à prévenir ce que l'on appelle la « mortalité infantile » des composants électroniques , qui est l'un des principaux problèmes rencontrés dans la production de ces dispositifs délicats.

En effectuant des tests DPA, nous empêchons les composants défectueux d'atteindre la phase d'assemblage et, en même temps, nous identifions les dysfonctionnements récurrents qui devront ensuite être pris en compte dès la phase de conception.

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Comment fonctionnent les tests DPA

Comme nous l'avons dit, le test DPA est un protocole composé d' une grande variété de tests qui doivent prévenir tout type de dysfonctionnement que pourraient rencontrer les composants électroniques.

Le nombre et le type de tests sont généralement mentionnés dans les normes produites par MIL-STD, la norme militaire américaine. 

Les normes qui concernent les tests DPA sont : MIL-STD-883, MIL-STD-1580B, MIL-STD-750E, MIL-STD-202G.

Comme indiqué dans la norme MIL-STD-883, les tests qui composent les tests DPA peuvent être divisés en quatre catégories : tests environnementaux, tests mécaniques, tests électriques numériques et tests électriques linéaires. 

Parmi les tests qui relèvent de la catégorie des tests environnementaux, on retrouve plusieurs procédures que nous avons déjà abordées dans ces pages, comme le test de rodage sur les cartes électroniques.

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La chambre environnementale FDM pour les essais DPA

Pour réaliser l'intégralité de la première partie des tests du protocole DPA, c'est-à-dire les tests environnementaux, il n'existe pas de meilleur outil qu'une chambre environnementale.

Parmi les chambres climatiques, les chambres environnementales sont les plus utilisées dans les secteurs militaire et aérospatial car elles sont spécialisées dans les tests dits extrêmes: des tests climatiques qui atteignent des valeurs très élevées de température et d'humidité relative.

Les chambres environnementales FDM ont une plage de température comprise entre -70 et 180°et un régulateur d'humidité relative qui atteint 98°.

Nos chambres environnementales intègrent également le programmateur innovant revoFACE, idéal pour les tests dynamiques impliquant des composants électroniques.

Pour toute question ou préoccupation supplémentaire, n'hésitez pas à nous contacter.

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Normes de référence

• MIL-STD-1580 — Analyse physique destructive des composants électriques, électromécaniques et électromécaniques. Norme DPA principale pour les composants électroniques destinés aux applications militaires et spatiales.
• MIL-STD-883 Méthode 5009 — Analyse physique destructive, méthode de référence pour les microcircuits.
• MIL-STD-750 Méthode 2101 — DPA pour les dispositifs semi-conducteurs discrets.
• ECSS-Q-ST-60-05C — Assurance des produits spatiaux de l'ESA – Exigences génériques d'approvisionnement pour les hybrides, y compris l'exigence DPA sur l'échantillon de lot.
• AS9102 — Exigence d'inspection du premier article aérospatial, fait appel à DPA pour le lot de qualification.
• AEC-Q100 / Q101 — Qualification des tests de contrainte basés sur le mécanisme de défaillance pour les circuits intégrés et les composants discrets automobiles, avec DPA comme test de validation de la construction.
• JESD47 — Qualification des circuits intégrés par des tests de contrainte, une référence JEDEC complémentaire à DPA.

Sources faisant autorité

• DLA – Agence de logistique de défense. Organisme de publication des normes MIL-STD-1580, MIL-STD-883 et MIL-STD-750.
• ECSS – Coopération européenne pour la normalisation spatiale. Gère la série ECSS-Q-ST applicable à la qualification des composants spatiaux.
• Conseil de l'électronique automobile (AEC). Publie les spécifications automobiles AEC-Q100/Q101/Q104.
• Association JEDEC pour la technologie des semi-conducteurs. Normes JESD47 et normes connexes pour la qualification des circuits intégrés.

Questions fréquentes concernant les tests DPA

Que comprend une analyse DPA et dans quel ordre est-elle effectuée ?

L'analyse physique destructive selon la norme MIL-STD-1580 est une séquence ordonnée de tests non destructifs et destructifs visant à valider la structure interne d'un composant électronique. L'ordre typique est le suivant : (1) inspection visuelle externe (grossissement stéréoscopique 10x-40x) ; (2) radiographie 2D/3D (tensions 60-160 kV, résolution 5-50 µm) pour les liaisons filaires, les vides et la contamination ; (3) PIND (détection du bruit d'impact de particules) pour les particules mobiles ; (4) test d'étanchéité (hélium, fluorocarbone) ; (5) RGA ( analyse des gaz résiduels ) si applicable ; (6) ouverture du boîtier (décapage mécanique, traitement chimique HNO₃/H₂SO₄, plasma O₂/CF₄) ; (7) inspection visuelle interne (MEB 50x-5000x) ; (8) test d'arrachement de liaison et de cisaillement de la puce; (9) coupe métallographique pour vérifier les épaisseurs de métallisation, les liaisons filaires et les soudures.

Quelle taille d'échantillon la norme MIL-STD-1580 exige-t-elle pour l'analyse DPA ?

La norme MIL-STD-1580 spécifie l'acceptation par lot (DPA) avec un échantillonnage généralement de 2 à 5 pièces par lot de production, en plus d'un test électrique à 100 %. Pour les espaces de classe S (JESD47/MIL-PRF-38535), la fréquence peut être d'un lot par diffusion de plaquette. Le fabricant doit conserver les enregistrements pendant au moins 7 ans et des preuves photographiques/micrographiques de chaque étape. Tout défaut détecté lors du DPA entraîne une action de non-conformité avec un contrôle à 100 % du lot ou son rejet. Critères d'acceptation : hauteur de la liaison filaire ≥ 2 fois le diamètre du fil, couverture métallique > 50 % sur les marches, vides de soudure de fixation de la puce < 25 % de la surface totale et < 10 % de vide unique. L'incertitude de mesure est documentée conformément à la norme ISO/IEC 17025.

Comment sont réalisés les tests d'arrachement de liaison et de cisaillement de matrice ?

Le test d'arrachement de la liaison filaire (MIL-STD-883, méthode 2011) consiste à appliquer une force de traction croissante aux liaisons filaires à l'aide d'un crochet positionné au milieu de la boucle, jusqu'à rupture. Les valeurs minimales de force dépendent du diamètre : Au 25 µm ≥ 3 g, Au 33 µm ≥ 5 g, Al 25 µm ≥ 2,5 g et Cu 25 µm ≥ 3 g. La rupture doit se produire au milieu de la liaison, et non au niveau du collet (liaison à bille) ou du talon (liaison en coin). Le test de cisaillement de la puce (méthode 2019) applique une force latérale parallèle au substrat afin d'évaluer la qualité de la soudure de fixation de la puce. Pour une puce de 4 mm², la force minimale est de 2,5 kg et augmente avec la surface selon le tableau MIL. Le mode de rupture privilégié est une adhérence interfaciale pastille-soudure ≥ 50 %, la rupture fragile de la puce indiquant une excellente qualité de soudure. Équipement typique : DAGE 4000, Nordson. Étalonnage annuel avec des poids certifiés de classe E2 selon la norme OIML R111.

Dans quels cas une protection des données obligatoire ou recommandée s'applique-t-elle ?

L'analyse des défaillances (DPA) est obligatoire pour les composants suivants : composants de classe H/K conformes à la norme MIL-STD-883, composants spatiaux de classe B/S (ECSS/ESA), pièces automobiles critiques de sécurité de grade 0 (AEC-Q100, ≥ 150 °C), dispositifs médicaux implantables de classe III (ISO 13485 + 21 CFR 820) et systèmes avioniques DAL-A (FPGA/ASIC DO-254). Pour les produits industriels et grand public, elle est recommandée mais non obligatoire et peut être réalisée lors d'un audit de lot pendant la qualification initiale ou lors d'une analyse des défaillances. L'analyse DPA révèle des problèmes invisibles aux tests électriques : délamination de la fixation de la puce (propagation de 10 à 50 µm/cycle thermique), vides de Kirkendall dans les liaisons filaires Au-Al (vieillissement accéléré > 150 °C), moustaches d'étain sur les bornes RoHS (longueur > 50 µm en raison d'un court-circuit), corrosion galvanique Cu-Al avec une humidité résiduelle > 5 000 ppm (par rapport à la méthode 1018 de la norme MIL-STD-883).