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May 19, 2023

Il SAM avanzato convalida l'integrità dei legami di diffusione

For bond quality testing, Scanning Acoustic Microscopy offers accuracy and

Per i test sulla qualità dei legami, la microscopia acustica a scansione offre precisione e affidabilità.

Le industrie con applicazioni esigenti di incollaggio di metalli si affidano sempre più al diffusion bonding, un metodo di giunzione essenziale per ottenere un'interfaccia di elevata purezza tra due metalli simili o addirittura dissimili. Il processo prevede l’applicazione di alta temperatura e pressione ai metalli accoppiati insieme in una pressa a caldo, che fa sì che gli atomi sulle superfici metalliche solide si intersechino e si leghino.

Per materiali simili la forza di adesione si avvicina a quella del materiale di base. Per materiali dissimili è una funzione dei composti intermetallici formati, dello spessore della zona intermetallica e delle anomalie microscopiche, come i vuoti, all'interfaccia. Per garantire la qualità dell'interfaccia, gli ingegneri dei materiali devono analizzare i campioni per convalidare la qualità del legame. I sistemi metrologici vengono utilizzati per caratterizzare l'interfaccia e fornire un'analisi più quantitativa.

Se è possibile pressurizzare uno dei due lati di un assieme saldato o brasato, è possibile eseguire un controllo superficiale delle perdite di elio. Tuttavia, questo metodo è più un'arte e una scienza perché dipende fortemente dalla configurazione dell'utente e spesso produce risultati incoerenti. Inoltre, il controllo del piombo con elio non è in grado di individuare la posizione esatta di una perdita: fornisce solo risultati di superamento/fallimento. Oggi esistono tecnologie e metodi migliori.

A causa dell'imprecisione dei test di tenuta dell'elio, gli esperti di incollaggio per diffusione scelgono di analizzare i campioni attraverso una tecnica di ispezione molto più avanzata e basata sui dati: la microscopia acustica a scansione (SAM).

SAM è un metodo di test ad ultrasuoni non invasivo e non distruttivo. Il test è già lo standard del settore per l'ispezione al 100% dei componenti dei semiconduttori per identificare difetti come vuoti, crepe e delaminazione di diversi strati all'interno dei dispositivi microelettronici. Ora, lo stesso rigore dei test di qualità e dell’analisi dei guasti viene applicato per convalidare l’integrità dei metalli legati per diffusione.

"A differenza dei test di tenuta con elio, il SAM non solo indica la presenza di un difetto nell'incollaggio, ma ne indica anche la posizione e le dimensioni. È essenzialmente l'equivalente di una radiografia all'interno del pezzo, quindi è un metodo di test molto più completo per garantire la qualità", ha affermato Hari Polu, presidente di OKOS, un produttore con sede in Virginia di sistemi SAM e sistemi industriali non distruttivi a ultrasuoni (NDT). OKOS è una consociata interamente controllata da PVA TePla AG, Germania e offre sistemi di ispezione manuali e automatizzati per pannelli piatti, lastre sottili, dischi circolari, target sputtering e leghe speciali.

Oggi, la saldatura per diffusione offre vantaggi sostanziali a vari settori, come la capacità di unire metalli diversi e leghe di alto valore. La tecnologia consente inoltre applicazioni vantaggiose per il raffreddamento conformato, utilizzato nello stampaggio a iniezione e nella pressofusione.

L'importanza di progettare un giunto metallico diverso spesso risiede nel desiderio di esporre la superficie metallica corretta a condizioni ambientali specifiche in cui una singola lega potrebbe non funzionare altrettanto bene. Un altro motivo è quello di introdurre sistemi di materiali più leggeri o che forniscano un livello di resistenza alla corrosione che può essere ottenuto solo “impacchettando” metalli diversi.

I processi commerciali di interesse vanno dal titanio alle leghe ferro-nichel, dalle leghe di titanio all'acciaio inossidabile, dal rame all'acciaio e persino alcune applicazioni dall'alluminio al metallo. Il processo consente inoltre l'accoppiamento tra diverse leghe dello stesso gruppo di materiali, come acciaio dolce, acciaio per utensili e Al MMC. Di conseguenza, questa tecnologia ha attirato l'interesse degli ingegneri progettisti nei settori dei semiconduttori, aerospaziale ed energetico.

Il legame per diffusione ha anche enormi potenzialità di applicazione per le applicazioni di raffreddamento conformato. Il concetto è quello di unire strati in cui la geometria del canale di raffreddamento è ottimizzata per dissipare il calore. Varie geometrie e vari materiali traggono vantaggio da un simile approccio. A seconda delle dimensioni della macchina da stampa commerciale, gli strati possono essere incollati fino ad un'altezza della pila di 600 mm.