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Jan 20, 2024

SAM erhöht die Elektroenergie

Von Mike Santora | 19. Mai 2023 SAM wird zur Beurteilung der physikalischen Wahrnehmung eingesetzt

Von Mike Santora | 19. Mai 2023

Mithilfe von SAM werden die physikalischen Sensorelemente bewertet, um festzustellen, ob die Komponenten einwandfrei sind, bevor sie zu Sensoren zusammengebaut werden, die in kritischen Anwendungen eingesetzt werden.

Rasterakustische Mikroskopietests stellen sicher, dass Ölfeld- und optische Sensoren ohne wesentliche Materialfehler gebaut werden.

Elektromechanische Sensoren wie Druck-, Durchfluss- und Vakuumschalter, die aus elektrischen und mechanischen Teilen bestehen, interagieren und übertragen Informationen oder Befehle an andere Komponenten eines größeren, komplexeren Systems. Damit das gesamte System sicher funktioniert, müssen Sensorhersteller diese Geräte so herstellen, dass sie genaue Messungen liefern. Wenn es jedoch traditionell ein Problem mit einem Sensor gab, wurde es häufig dadurch entdeckt, dass das Produkt den Feldeinsatz nicht bestand.

Jetzt werden anspruchsvolle Tests wie die Rasterakustikmikroskopie (SAM) eingesetzt, um die physischen Sensorelemente zu bewerten und festzustellen, ob die Komponenten einwandfrei sind, bevor sie zu Sensoren zusammengebaut werden, die in kritischen Anwendungen eingesetzt werden.

SAM ist eine nicht-invasive und zerstörungsfreie Ultraschallprüfmethode. Die Prüfung ist bereits der Industriestandard für die 100-prozentige Prüfung von Halbleiterbauteilen, um Defekte wie Hohlräume, Risse und die Delaminierung verschiedener Schichten in mikroelektronischen Geräten zu erkennen. Jetzt wird die gleiche strenge Fehleranalyse und Qualitätsprüfung auf Spezialmetalle und -materialien angewendet, um unterirdische Fehler, Verbindungsablösungen, Risse und andere Unregelmäßigkeiten zu erkennen.

„Früher hatten Sensorhersteller keine Möglichkeit, die Funktionalität eines Sensors zu testen, bis er im Feldeinsatz war. Wenn er bei einem bekanntermaßen guten Test falsche Ergebnisse lieferte, nannten sie das einen Fehler. Sie hatten keine Messtechnik, um die Sensorelemente während des Tests zu testen.“ Herstellungsprozess", sagte Hari Polu, Präsident von OKOS, einem in Virginia ansässigen Hersteller von SAM- und industriellen zerstörungsfreien Ultraschallsystemen (NDT).

Ölfeldsensoren SAM kann beispielsweise zur Sicherstellung der Sensorqualität in Ölbohrgeräten eingesetzt werden. Diese Sensoren reagieren empfindlich auf Vibrationen oder erzeugen Vibrationen mit einer bestimmten Frequenz. Diese Sensoren liefern messtechnische Attribute der Flüssigkeitseigenschaften in Echtzeit.

Elektromechanische fortschrittliche Sensoren werden in kritischen Bereichen wie der Ölfeldexploration und der Produktionsverarbeitung eingesetzt, um Druckdaten und Flüssigkeitsproben vom Boden von Hochdruck- und Hochtemperaturbohrlöchern zu entnehmen. Die Sensoren ermitteln den Füllstand von Flüssigkeiten anhand der Dichte und der elektrischen Eigenschaften von Öl, Gas und Wasser. Die Eigenschaften der Vibration können dabei helfen, die Dichte der Bohrflüssigkeitsmischung zu bestimmen.

„Wenn ein Hersteller defekte Sensoren baut und irgendwo im vorgelagerten Prozess etwas ausfällt, ist das für eine Ölfeldanwendung extrem kostspielig“, sagte Polu.

Hersteller von Ölbohrgeräten können die piezoelektrischen Kristalle von Stimmgabelsensoren mit SAM testen, um vor dem Versand festzustellen, ob Mängel vorliegen. Da piezoelektrische Keramik zerbrechlich ist, können empfindliche Komponenten interne Risse aufweisen, die bei einer visuellen Inspektion nicht erkennbar sind. Keramik mit Rissen, auch wenn sie innen und unsichtbar sind, muss entsorgt werden, um einen vorzeitigen Ausfall der Ultraschallwandler und -wandler, in denen sie eingebaut sind, und die daraus resultierenden Verluste durch Reparaturen und technische Hilfe zu vermeiden.

Bei der akustischen Rastermikroskopie wird der fokussierte Schall von einem Wandler auf einen kleinen Punkt auf einem Zielobjekt gerichtet. Der auf das Objekt treffende Schall wird entweder gestreut, absorbiert, reflektiert oder weitergeleitet. Durch die Erkennung der Richtung gestreuter Impulse sowie der „Flugzeit“ kann das Vorhandensein einer Grenze oder eines Objekts sowie deren Entfernung bestimmt werden.

Um ein Bild zu erzeugen, werden Proben Punkt für Punkt und Zeile für Zeile abgetastet. Die Scanmodi reichen von Einzelschichtansichten bis hin zu Tray-Scans und Querschnitten. Mehrschichtige Scans können bis zu 50 unabhängige Schichten umfassen. Tiefenspezifische Informationen können extrahiert und zur Erstellung zwei- und dreidimensionaler Bilder verwendet werden, ohne dass zeitaufwändige tomografische Scanverfahren und kostspieligere Röntgenaufnahmen erforderlich sind. Anschließend werden die Bilder analysiert, um Fehler wie Risse, Einschlüsse und Hohlräume zu erkennen und zu charakterisieren.

Wenn für eine 100 %-Prüfung ein hoher Durchsatz erforderlich ist, werden ultraschnelle Single- oder Dual-Gantry-Scansysteme zusammen mit 128 Sensoren für Phased-Array-Scanning verwendet. Für einen höheren Durchsatz können auch mehrere Schallköpfe zum gleichzeitigen Scannen verwendet werden.

Sicherstellung der Qualität von Lithiumniobat-WafernLithiumniobat (LiNbO₃) ist eines der vielseitigsten und am weitesten entwickelten aktiven optischen Materialien und wird häufig in der Elektrooptik, Akustooptik, nichtlinearen Optik, Wellenleitern und faseroptischen Gyroskopen (FOGs) verwendet.

Rasterakustische Mikroskopietests stellen sicher, dass Ölfeld- und optische Sensoren ohne wesentliche Materialfehler gebaut werden.

Eine mögliche Anwendung sind Ölfeldsensoren. Traditionell erweist sich bei dieser Anwendung beim Schneiden, Trennen und Zusammenbauen von Lithiumniobat-Wafern in Sensorgehäusen nur ein kleiner Prozentsatz als praxistauglich. Die Herausforderung besteht darin, vor dem Einbau in Produkte festzustellen, welche Wafer fehlerhaft sind.

Für diese Art von Anwendung eignet sich der SAM VUE400 von OKOS, um fehlerhafte Wafer vor dem Einsatz in einem elektromechanischen Gerät zu erkennen. Das mittelgroße SAM-System, das für den Einsatz im Labor oder in Produktionshallen konzipiert ist, wird traditionell zur Erkennung von Hohlräumen, Ablösungen, Rissen, Delaminationen und internen Defekten bei der Fehleranalyse von Halbleitergehäusen eingesetzt.

Die SAM-Ausrüstung kann verschiedene Artikel mit einzigartiger Produktgeometrie oder -größe prüfen, von Kristallbarren, Wafern und Elektronikpaketen bis hin zu physischen Miniaturverpackungen, Metallstangen/-stäben/-knüppeln, Turbinenschaufeln und mehr. Doch ebenso wichtig wie die physischen und mechanischen Aspekte der Durchführung eines Scans ist die Software der Schlüssel zur Analyse der Informationen, um detaillierte Scans zu erstellen.

Aus diesem Grund „hat sich OKOS schon früh für die Bereitstellung einer softwaregesteuerten, ökosystembasierten Lösung entschieden“, sagte Polu. Die ODIS Acoustic Microscopy-Software des Unternehmens unterstützt einen breiten Bereich von Wandlerfrequenzen von 2,25 bis 230 MHz. Mehrachsige Scanoptionen ermöglichen A-, B- und C-Scans, Konturverfolgung, Offline-Analyse und virtuelles Nachscannen für Metalle, Legierungen und Verbundwerkstoffe.

Heutzutage haben Hersteller das Potenzial, bei Ölfeldsensoren oder ähnlichen Anwendungen jährlich erhebliche Geldbeträge einzusparen, indem sie defekte Lithiumniobat-Wafer erkennen und aussortieren, bevor sie in hochwertigen elektromechanischen Sensoren verwendet werden. Diese Einsparungen ergeben sich aus der Prüfung auf Waferebene, die die Verpackung und den Versand fehlerhafter Produkte verhindert. In der Summe sind noch nicht einmal wesentlich verbesserte Waferausbeuten berücksichtigt.

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