Application 1 : Spectromètre infrarouge pour le contrôle des matériaux d’assemblage de produits électroniques
Les matériaux d'assemblage des produits électroniques désignent les matières premières ou auxiliaires utilisées lors du processus de fabrication, comme les rubans adhésifs ou la colle pour le collage, la mousse isolante, les films protecteurs ou les films de démoulage pour la lamination. Les performances de ces matériaux influent directement ou indirectement sur la qualité des produits électroniques. La spectroscopie infrarouge (IR) permet d'effectuer une analyse qualitative de ces matériaux.
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Figure 1 Adhésif acrylique |
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Figure 2 Adhésif silicone |
Application 2 : Caractérisation de l’uniformité du revêtement des adhésifs électroniques
La plupart des adhésifs étant incolores et transparents après application, il est difficile d'en contrôler visuellement l'effet. C'est pourquoi, en pratique, on ajoute une certaine quantité d'agent fluorescent à l'adhésif. La présence et l'uniformité du revêtement sont ensuite vérifiées en observant la fluorescence du produit revêtu.
On utilise un spectrophotomètre de fluorescence moléculaire pour analyser le spectre d'émission de fluorescence d'un produit recouvert d'adhésif (revêtement adhésif, revêtement conforme). L'analyse du spectre permet d'identifier les pics de fluorescence caractéristiques et de comparer leurs intensités, ce qui permet de déterminer si l'échantillon est recouvert d'adhésif et si le revêtement est uniforme. Cette méthode est simple à mettre en œuvre et donne des résultats significatifs.
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| Figure 3 Superposition de trois spectres de test répétés |
Application 3 : Analyse qualitative ou semi-quantitative des plastifiants phtalates dans le PVC et autres plastiques
La directive européenne relative à la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses impose, à compter du 22 juillet 2019, que tous les produits électriques et électroniques (à l'exclusion des équipements médicaux et de surveillance) exportés vers l'Europe respectent des limites strictes pour les plastifiants à base de phtalates. Parmi ceux-ci, les esters de phtalate sont largement utilisés comme plastifiants dans les produits électroniques et électriques.
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| Figure 4 PVC contenant une quantité relativement faible de phtalate |
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Figure 5 PVC contenant une quantité relativement importante d'esters de phtalate |
Application 4 : Identification qualitative des matériaux d'isolation électrique
Le caoutchouc silicone, grâce à ses propriétés exceptionnelles telles que sa résistance aux hautes et basses températures, aux intempéries, à l'ozone et à l'effet corona, ainsi que ses excellentes performances d'isolation électrique, se distingue comme un matériau d'une polyvalence unique parmi les caoutchoucs. Il est particulièrement adapté à une utilisation comme isolant organique dans les industries électriques et énergétiques. Ces dernières années, son utilisation s'est considérablement développée dans les systèmes d'isolation électrique.
La plupart des fabricants d'isolateurs composites utilisent désormais du caoutchouc de silicone méthylvinylique chargé d'hydroxyde d'aluminium comme matériau d'isolation extérieure. Ce matériau est également utilisé comme gaine isolante extérieure pour les parafoudres composites, les disjoncteurs, les transformateurs, les interrupteurs haute tension et autres composants électriques.
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Figure 6 Caoutchoucs de silicone - spectre du caoutchouc brut |
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Figure 7 Caoutchoucs de silicone - spectre des produits finis |
Application 5 : Analyse quantitative du degré de polymérisation de l'encre
Avec la généralisation des appareils électroniques, les écrans à cristaux liquides (LCD) sont de plus en plus utilisés, ce qui stimule la croissance rapide de l'industrie LCD. Les adhésifs polymérisables aux UV, matériaux essentiels à la production d'écrans LCD, offrent une polymérisation rapide, sont sans solvant et permettent une productivité élevée. Ils sont principalement utilisés pour sceller et fixer les broches métalliques, ce qui les rend largement applicables dans l'industrie des circuits imprimés. Dans les adhésifs polymérisables aux UV, les photo-initiateurs se décomposent rapidement en radicaux libres ou en cations sous l'effet d'une intensité lumineuse ultraviolette (UV) appropriée, déclenchant des réactions de polymérisation des liaisons insaturées et entraînant la solidification du matériau.
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Figure 8 Résine époxy - Durcissement thermique |
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Figure 9 Polyacrylate - Durcissement UV |
Application 6 : Caractérisation des propriétés optiques des matériaux semi-conducteurs (transmission, réflexion)
Les matériaux semi-conducteurs figurent parmi les matériaux fondamentaux les plus importants de l'industrie électronique. Avec les progrès rapides des technologies laser et infrarouges, les propriétés optiques exceptionnelles des semi-conducteurs dans le spectre infrarouge suscitent un intérêt croissant. Aujourd'hui, des matériaux allant des semi-conducteurs élémentaires comme le germanium (Ge) et le silicium (Si) aux semi-conducteurs composés tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le séléniure de zinc (ZnSe) sont largement utilisés dans les applications optiques infrarouges. Ces matériaux constituent des composants essentiels des systèmes de vision infrarouge à balayage frontal (FLIR), des fenêtres laser, des dômes de missiles et d'autres systèmes optiques infrarouges.
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Figure 10 Spectre de transmission d'une plaquette de silicium |
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Figure 11 Spectre de transmission du séléniure de zinc (ZnSe) |
Application 7 : Identification des matériaux pour les composants électroniques et électriques
Les substrats ou boîtiers des produits électroniques sont généralement fabriqués à partir de plastiques techniques. Ces matériaux sont formulés avec des additifs spécifiques, tels que des agents de renforcement, des retardateurs de flamme et des composés anti-vieillissement, afin de répondre à diverses exigences environnementales. La composition et la proportion de ces composants déterminent de manière critique les performances et la durée de vie des composants électroniques finaux. La spectroscopie infrarouge constitue un outil efficace pour l'analyse qualitative de la composition de ces matériaux.
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Figure 12 Résine époxy |
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Figure 13 Sulfure de polyphénylène (PPS) |
Application 8 : Essais des matériaux d'emballage des produits électroniques
Les produits électroniques sont des biens de consommation à forte intensité technologique. Grâce aux progrès technologiques constants, les composants électroniques ont évolué vers des circuits intégrés à très grande échelle, devenant de plus en plus sophistiqués et complexes. Par conséquent, leurs exigences en matière de conditions environnementales externes sont devenues plus strictes. En tant que moyen de protection et de stockage lors de la circulation et du stockage, la fonction première de l'emballage est de préserver les produits électroniques. Seuls une conception structurelle rationnelle et un emballage de haute qualité permettent de protéger les produits électroniques de l'humidité et des chocs mécaniques pendant le transport et le stockage, préservant ainsi leur apparence et leur fonctionnalité. Les matériaux d'emballage constituent la base de l'emballage des produits. Leur choix judicieux a un impact direct sur la sécurité des produits électroniques et sur les coûts. Par conséquent, le choix des matériaux d'emballage appropriés est d'une importance capitale.
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Figure 14 Spectre de test ATR de l'échantillon de PET |
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Figure 15 Spectre de test ATR de l'échantillon de PVC |
Application 9 : Analyse des défauts des produits électroniques (analyse des corps étrangers)
Lors de la fabrication de produits électroniques, des défauts peuvent survenir. L'identification et la classification qualitatives de ces défauts contribuent à l'amélioration des processus de production et à l'optimisation de la qualité des produits. Cependant, ces défauts, généralement de taille micrométrique, sont indétectables par les méthodes d'analyse conventionnelles. L'utilisation d'un spectromètre infrarouge équipé d'un microscope infrarouge permet une analyse efficace de ces défauts infimes.
Un microscope infrarouge est un système qui combine un spectromètre infrarouge et un microscope optique. Il se compose principalement d'une unité principale infrarouge, d'un système de microscope infrarouge et d'un ordinateur. Grâce à sa précision, le microscope infrarouge fonctionne essentiellement selon le principe d'interférence, ses composants clés étant un interféromètre de Michelson, un système optique et un détecteur.
L'échantillon est placé sur la platine du microscope infrarouge. Le spectromètre génère un faisceau dirigé et focalisé sur l'échantillon, permettant ainsi une focalisation verticale du trajet optique. En ajustant les axes X et Y de la platine et l'ouverture, il est possible de cibler avec précision l'échantillon et différentes microzones au sein de celui-ci.
Le détecteur du microscope infrarouge mesure la réflectance spectrale du faisceau de particules, permettant ainsi un balayage à l'échelle moléculaire de points, de lignes et de zones de l'échantillon. Ceci permet l'acquisition rapide et automatisée de nombreux spectres infrarouges, les coordonnées de chaque point de mesure et son spectre infrarouge correspondant étant simultanément enregistrés sur ordinateur. Grâce à l'analyse d'images de composition, il est possible d'obtenir des spectres infrarouges spatialement résolus et des images de composition de micro-zones spécifiques. Ceci facilite l'analyse des caractéristiques structurales et des composants de l'échantillon sur différentes micro-zones balayées, permettant ainsi de caractériser sa structure, la distribution spatiale des groupes fonctionnels et leurs variations.
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Figure 16 Méthode ATR conventionnelle |
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Figure 17 Méthode Micro-ATR |
Prenons l'exemple de corps étrangers sur un écran LED d'ordinateur portable : les accessoires ATR classiques à réflexion unique présentent des limitations : faible profondeur de pénétration, forte absorption dans les hautes fréquences, faible absorption dans les basses fréquences et incapacité à détecter des échantillons de très petite taille. En revanche, l'utilisation du mode micro-ATR d'un microscope infrarouge permet une collecte de signal localisée avec une profondeur de pénétration plus importante et des signaux saturés dans les régions spectrales correspondantes, rendant possible la détection d'échantillons inférieurs à 200 µm.