Advanced SAM valida la integridad de los enlaces de difusión

Para pruebas de calidad de unión, la microscopía acústica de barrido ofrece precisión y confiabilidad.

Las industrias con aplicaciones exigentes de unión de metales dependen cada vez más de la unión por difusión, un método de unión esencial para lograr una interfaz de alta pureza entre dos metales similares o incluso diferentes. El proceso implica aplicar alta temperatura y presión a metales acoplados en una prensa caliente, lo que hace que los átomos de las superficies metálicas sólidas se intercalen y se unan.

Para materiales similares, la fuerza de unión se aproxima al material base. Para materiales diferentes, es función de los compuestos intermetálicos formados, el espesor de la zona intermetálica y anomalías microscópicas, como huecos, en la interfaz. Para garantizar la calidad de la interfaz, los ingenieros de materiales deben analizar muestras para validar la calidad de la unión. Los sistemas de metrología se utilizan para caracterizar la interfaz y proporcionar un análisis más cuantitativo.

Si cualquiera de los lados de un conjunto soldado o soldado con bronce se puede presurizar, se puede utilizar una verificación superficial de fugas de helio. Sin embargo, este método es más un arte y una ciencia porque depende en gran medida de la configuración del usuario y, a menudo, produce resultados inconsistentes. Además, la verificación del plomo con helio no puede determinar la ubicación exacta de una fuga: solo proporciona resultados de pasa/falla. Hoy en día existen mejores tecnologías y métodos.

Debido a la imprecisión de las pruebas de fuga de helio, los expertos en unión por difusión están optando por analizar muestras mediante una técnica de inspección mucho más avanzada basada en datos: la microscopía acústica de barrido (SAM).

SAM es un método de prueba ultrasónico no invasivo y no destructivo. La prueba ya es el estándar de la industria para la inspección 100% de componentes semiconductores para identificar defectos como huecos, grietas y delaminación de diferentes capas dentro de dispositivos microelectrónicos. Ahora, se aplica el mismo rigor de pruebas de calidad y análisis de fallas para validar la integridad de los metales unidos por difusión.

“A diferencia de las pruebas de fugas de helio, SAM no sólo indicará cuando hay un defecto en la unión, sino que también indicará la ubicación y el tamaño. Es esencialmente el equivalente a una radiografía dentro de la pieza, por lo que es un método de prueba mucho más completo para garantizar la calidad”, dijo Hari Polu, presidente de OKOS, un fabricante con sede en Virginia de SAM y ultrasonidos industriales no destructivos (NDT). ) sistemas. OKOS es una subsidiaria de propiedad total de PVA TePla AG, Alemania, y ofrece sistemas de inspección tanto manuales como automatizados para paneles planos, placas delgadas, discos circulares, objetivos de pulverización catódica y aleaciones especiales.

Hoy en día, la unión por difusión ofrece beneficios sustanciales a diversas industrias, como la capacidad de unir metales diferentes y aleaciones de alto valor. La tecnología también permite aplicaciones ventajosas para el enfriamiento conforme, que se utiliza en moldeo por inyección y fundición a presión.

La importancia de diseñar una unión de metales diferentes a menudo radica en el deseo de exponer la superficie metálica correcta a condiciones ambientales específicas donde una sola aleación puede no funcionar tan bien. Otra razón es introducir sistemas de materiales que sean más livianos o que proporcionen un nivel de resistencia a la corrosión que solo se puede lograr “empaquetando” metales diferentes.

Los procesos comerciales de interés son las aleaciones de titanio a hierro-níquel, las aleaciones de titanio a acero inoxidable, el cobre a acero e incluso algunas aplicaciones de aluminio a metal. El proceso también permite el acoplamiento entre diferentes aleaciones del mismo grupo de materiales, como acero dulce, acero para herramientas y Al MMC. Como resultado, esta tecnología ha atraído el interés de los ingenieros de diseño en las industrias de semiconductores, aeroespacial y energética.

La unión por difusión también tiene enormes aplicaciones potenciales para aplicaciones de enfriamiento conforme. El concepto es unir capas en las que la geometría del canal de refrigeración esté optimizada para disipar el calor. Diversas geometrías y distintos materiales se benefician de este enfoque. Dependiendo del tamaño de la prensa comercial, se pueden unir capas hasta una altura de apilado de 600 mm.

Otra aplicación relacionada con el enfriamiento conformal es para moldes de inyección de plástico. Los canales de enfriamiento conformal son una solución diseñada para facilitar el requisito de un enfriamiento rápido. Las matrices suelen fabricarse en diseños de dos capas de acero para herramientas y materiales como acero inoxidable (STAVAX).

Para validar la integridad de los enlaces de difusión, la microscopía acústica de barrido de matriz en fase avanzada funciona dirigiendo el sonido enfocado desde un transductor a un pequeño punto de un objeto objetivo. El sonido que golpea el objeto se dispersa, se absorbe, se refleja o se transmite. Al detectar la dirección de los pulsos dispersos, así como el “tiempo de vuelo”, se puede determinar la presencia de un límite u objeto, así como su distancia.

Para producir una imagen, las muestras se escanean punto por punto y línea por línea. Los modos de escaneo varían desde vistas de una sola capa hasta escaneos de bandejas y secciones transversales. Los escaneos multicapa pueden incluir hasta 50 capas independientes. La información específica de la profundidad se puede extraer y aplicar para crear imágenes bidimensionales y tridimensionales sin la necesidad de procedimientos de escaneo tomográfico que consumen mucho tiempo y rayos X más costosos. Luego, las imágenes se analizan para detectar y caracterizar defectos como el tamaño y la ubicación de cualquier desunión en la capa de interfaz de las piezas metálicas unidas por difusión.

"OKOS ha aprovechado las lecciones y las estrictas especificaciones del mundo de los semiconductores y ha adaptado nuestros sistemas de escaneo SAM para varios factores de forma para proporcionar soluciones únicas para metales y aleaciones en los mercados industriales", dijo Polu. "Con este tipo de pruebas, podemos Inspeccionar materiales a un nivel uno o dos órdenes de magnitud mejor que la detección de fugas de helio para descubrir fallas de desunión y defectos [en la interfaz] tan pequeños como 50 micrones que no se habían detectado anteriormente”.

Empresas como OKOS ofrecen una gama de productos SAM, desde unidades compactas de mesa hasta sistemas de línea de producción totalmente automatizados.

Cuando se requiere un alto rendimiento para una inspección del 100 %, se utilizan sistemas de escaneo de pórtico simple o doble ultrarrápidos junto con 128 sensores para el escaneo de matriz en fase. También se pueden utilizar varios transductores para escanear simultáneamente para obtener un mayor rendimiento.

“En pruebas con una empresa multinacional Fortune 500 sobre una muestra de aluminio y acero, el equipo pudo escanear el material en tres minutos. Antes les tomaba 40 minutos hacer una parte”, dijo Polu.

Tan importante como los aspectos físicos y mecánicos de realizar un escaneo, el software es fundamental para mejorar la resolución y analizar la información para producir escaneos detallados. Las opciones de escaneo multieje permiten escaneos A, B y C, seguimiento de contornos, análisis fuera de línea y reescaneo virtual para metales y aleaciones, lo que resulta en una inspección interna y externa de alta precisión para detectar defectos de desunión a través del software de inspección.

Varios modos de software pueden ser simples y fáciles de usar, avanzados para análisis detallados o automatizados para escaneo de producción. También está disponible un modo de análisis fuera de línea para el escaneo virtual.

"OKOS decidió desde el principio ofrecer una solución basada en ecosistemas basada en software", dijo Polu. El software de microscopía acústica ODIS de la empresa admite una amplia gama de frecuencias de transductor de 2,25 a 230 MHz.

Polu estima que el modelo basado en software les permite reducir los costos de las pruebas SAM y al mismo tiempo ofrecer la misma calidad de resultados de inspección. Como resultado, este tipo de equipo está al alcance incluso de laboratorios de pruebas, centros de I+D y grupos de investigación de materiales modestos.

“Con el tiempo, todas las empresas avanzarán hacia este nivel de inspección y control de calidad de piezas metálicas de unión por difusión porque el nivel de detección es muy superior a la detección de fugas de helio. La mayor precisión, confiabilidad y amplitud, así como la reducción de costos y tiempo involucrados, están impulsando el cambio”, concluyó Polu.

Cuando los fabricantes industriales aprovechan el mayor nivel de detección y análisis de fallas, el rendimiento de producción y la confiabilidad general de los productos mejoran significativamente. Los proyectos se aceleran y los posibles puntos de falla se eliminan en el campo.

okos.com