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Jan 20, 2024

SAM augmente l'électro

Par Mike Santora | 19 mai 2023 SAM est utilisé pour évaluer la détection physique

Par Mike Santora | 19 mai 2023

SAM est utilisé pour évaluer les éléments de détection physiques afin de déterminer si les composants sont sains avant qu'ils ne soient assemblés dans des capteurs qui seront utilisés dans des applications critiques.

Les tests de microscopie acoustique à balayage garantissent que les champs pétrolifères et les capteurs optiques sont construits sans défauts matériels essentiels.

Les capteurs électromécaniques, tels que les interrupteurs de pression, de débit et de vide, composés de pièces électriques et mécaniques, interagissent et transmettent des informations ou des commandes à d'autres composants d'un système plus grand et plus complexe. Pour que l'ensemble du système fonctionne en toute sécurité, les fabricants de capteurs doivent fabriquer ces appareils pour fournir des mesures précises. Traditionnellement, cependant, s'il y avait un problème avec un capteur, il était souvent détecté lorsque le produit tombait en panne sur le terrain.

Désormais, des tests sophistiqués tels que la microscopie acoustique à balayage (SAM) sont utilisés pour évaluer les éléments de détection physiques afin de déterminer que les composants sont sains avant qu'ils ne soient assemblés dans des capteurs qui seront utilisés dans des applications critiques.

SAM est une méthode de test par ultrasons non invasive et non destructive. Le test est déjà la norme de l'industrie pour l'inspection à 100 % des composants semi-conducteurs afin d'identifier les défauts tels que les vides, les fissures et le délaminage des différentes couches au sein des dispositifs microélectroniques. Aujourd'hui, la même rigueur d'analyse des défaillances et de tests de qualité est appliquée aux métaux et matériaux spéciaux pour détecter les défauts de sous-surface, les décollements, les fissures et autres irrégularités.

"Auparavant, les fabricants de capteurs n'avaient aucun moyen de tester la fonctionnalité d'un capteur tant qu'il n'était pas sur le terrain. S'il donnait des résultats incorrects sur un bon test connu, ils appelaient cela un échec. Ils n'avaient aucune métrologie pour tester les éléments des capteurs pendant le processus de fabrication », a déclaré Hari Polu, président d'OKOS, un fabricant de SAM et de systèmes industriels non destructifs (NDT) à ultrasons basé en Virginie.

Capteurs de champ pétrolifère Par exemple, SAM peut être utilisé pour garantir la qualité des capteurs dans les équipements de forage pétrolier. Ces capteurs sont sensibles aux vibrations ou génèrent des vibrations à une fréquence spécifique. Ces capteurs fournissent des attributs métrologiques des propriétés des fluides en temps réel.

Des capteurs électromécaniques avancés sont utilisés dans des domaines critiques tels que l'exploration des champs pétrolifères et le traitement de la production pour prélever des données de pression et des échantillons de fluide au fond des puits à haute pression et à haute température. Les capteurs établissent la rétention des fluides en utilisant la densité et les propriétés électriques du pétrole, du gaz et de l'eau. Les caractéristiques de la vibration peuvent aider à déterminer la densité du mélange fluide du puits de forage.

"Si un fabricant construit des capteurs défectueux et que quelque chose échoue n'importe où dans le processus en amont, c'est extrêmement coûteux pour une application pétrolière", a déclaré Polu.

Les fabricants d'équipements de forage pétrolier peuvent tester les cristaux piézoélectriques des capteurs à diapason avec SAM pour déterminer si des défauts existent avant l'expédition. Les céramiques piézoélectriques étant fragiles, les composants sensibles peuvent présenter des fissures internes indétectables à l'inspection visuelle. Les céramiques présentant des fissures, même internes et invisibles, doivent être éliminées pour éviter la défaillance prématurée des transducteurs et convertisseurs à ultrasons dans lesquels elles sont montées et les pertes résultantes des réparations et de l'assistance technique.

La microscopie acoustique à balayage fonctionne en dirigeant le son focalisé d'un transducteur vers un petit point sur un objet cible. Le son frappant l'objet est soit diffusé, absorbé, réfléchi ou transmis. En détectant la direction des impulsions diffusées ainsi que le "temps de vol", la présence d'une limite ou d'un objet peut être déterminée ainsi que sa distance.

Pour produire une image, des échantillons sont scannés point par point et ligne par ligne. Les modes de numérisation vont des vues à une seule couche aux numérisations de plateau et aux coupes transversales. Les numérisations multicouches peuvent inclure jusqu'à 50 couches indépendantes. Des informations spécifiques à la profondeur peuvent être extraites et appliquées pour créer des images bidimensionnelles et tridimensionnelles sans avoir besoin de longues procédures de balayage tomographique et de radiographies plus coûteuses. Les images sont ensuite analysées pour détecter et caractériser les défauts tels que les fissures, les inclusions et les vides.

Lorsqu'un débit élevé est requis pour une inspection à 100 %, des systèmes de balayage à portique simple ou double ultra-rapides sont utilisés avec 128 capteurs pour le balayage multiéléments. Plusieurs transducteurs peuvent également être utilisés pour balayer simultanément pour un débit plus élevé.

Garantir la qualité des plaquettes de niobate de lithiumLe niobate de lithium (LiNbO₃) est l'un des matériaux optiques actifs les plus polyvalents et les mieux développés et est largement utilisé dans l'électro-optique, l'acousto-optique, l'optique non linéaire, les guides d'ondes et les gyroscopes à fibre optique (FOG).

Les tests de microscopie acoustique à balayage garantissent que les champs pétrolifères et les capteurs optiques sont construits sans défauts matériels essentiels.

Une application potentielle concerne les capteurs de champ pétrolifère. Traditionnellement, dans cette application, lors de la découpe, de la séparation et de l'assemblage de tranches de niobate de lithium dans le boîtier du capteur, seul un petit pourcentage s'avère bon sur le terrain. Le défi consiste à déterminer quelles plaquettes sont défectueuses avant leur incorporation dans les produits.

Pour ce type d'application, le SAM VUE400 d'OKOS est adapté pour détecter les wafers défectueux avant de les utiliser dans un dispositif électromécanique. Le système SAM de taille moyenne conçu pour une utilisation en laboratoire ou dans les usines de fabrication est traditionnellement utilisé pour détecter les vides, les désagrégations, les fissures, le délaminage et les défauts internes dans l'analyse des défaillances des boîtiers de semi-conducteurs.

L'équipement SAM peut inspecter divers articles avec une géométrie ou des tailles de produit uniques, des lingots de cristal, des plaquettes et des boîtiers électroniques aux emballages physiques miniatures, aux barres/tiges/billets métalliques, aux aubes de turbine, etc. Cependant, aussi important que les aspects physiques et mécaniques de la réalisation d'un scan, le logiciel est la clé de l'analyse des informations pour produire des scans détaillés.

Pour cette raison, "OKOS a décidé très tôt de proposer une solution basée sur un écosystème et pilotée par logiciel", a déclaré Polu. Le logiciel de microscopie acoustique ODIS de la société prend en charge une large gamme de fréquences de transducteur de 2,25 à 230 MHz. Les options de numérisation multi-axes permettent les numérisations A, B et C, le suivi des contours, l'analyse hors ligne et la renumérisation virtuelle pour les métaux, les alliages et les composites.

Aujourd'hui, les fabricants ont le potentiel d'économiser des sommes importantes par an sur les capteurs de champs pétrolifères ou des applications similaires en détectant et en éliminant les tranches de niobate de lithium défectueuses avant de les utiliser dans des capteurs électromécaniques de grande valeur. Ces économies proviennent du dépistage au niveau de la plaquette, qui empêche l'emballage et l'expédition de produits défectueux. Le total ne tient même pas compte des rendements de tranche sensiblement améliorés.

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