Dynex Semiconductor Ltd, une société pionnière créée dans les années 1950 et basée à Lincoln, Angleterre, est reconnue pour la conception, le développement et la fabrication de modules de semi-conducteurs et d’ensembles d’alimentation. Ses dispositifs bipolaires, modules IGBT et ensembles d’alimentation conçus de manière experte sont utilisés dans différents systèmes électroniques d’alimentation. Engagée en faveur de l’efficacité énergétique et de l’impact environnemental, Dynex ambitionne d’optimiser sa production avec un minimum de déchets. Pour maintenir ses normes de production élevées, Dynex a sélectionné le système de mesure vidéo leader sur le marché, le NEXIV VMZ-S3020 de Nikon.
Les modules de semi-conducteurs haute puissance comme les IGBT (transistors bipolaires à pont isolé), gérant des tensions pouvant atteindre 6500 V typiquement, génèrent une chaleur significative qui doit être dissipée de manière efficace pendant leur fonctionnement. La plaque de base sur laquelle les composants sont assemblés est très importante pour cela. Elle est fixée à un radiateur et elle doit former une bonne interface thermique d’une épaisseur uniforme, sans air emprisonné (qui est un mauvais conducteur thermique) ni d’autres défauts susceptibles de provoquer des points chauds, des températures élevées aux jonctions et une fiabilité moindre. La plaque est donc fabriquée avec une légère courbure, convexe dans la direction opposée à l’électronique, permettant de la boulonner convenablement sur le dissipateur thermique en six points avec un couple prédéterminé garantissant qu’elle repose parfaitement à plat.
Les systèmes NEXIV de Nikon Metrology, appartenant à Industrial Solutions Business Unit (IDSBU), garantissent que les produits fabriqués par Dynex Semiconductor ne soient pas affectés par ces poches d’air et par une dégradation des performances ou une défaillance du module. Le contrôle qualité (QC) de la courbure, ou la courbure des plaques composites à matrice métallique en aluminium-carbure de silicium est désormais gérée à l’aide d’un système de mesure vidéo Nikon NEXIV VMZ-S3020 type 2, qui a été acheté et installé à la mi-2024. Ainsi, les fabricants utilisant les produits Dynex pour les véhicules électriques, les énergies renouvelables, les commandes de puissance industrielles, la traction ferroviaire, l’électrolyse et d’autres applications similaires à forte densité de puissance peuvent être assurés d’une fiabilité à long terme et de performances optimales.
La courbure des plaques peut atteindre 500 μm entre le centre et le bord, une dimension qui doit être maintenue dans une tolérance stricte pendant la fabrication. La méthode initiale de contrôle qualité chez Dynex consistait à utiliser une sonde tactile pour vérifier manuellement les positions sur toute la surface courbe. Cependant, ce processus était lent et ne permettait pas de mesurer des localisations individuelles dans l’espace 3D avec une précision supérieure à ±10 μm. C’était avant 2012, lorsque Dynex a investi dans son premier Nikon NEXIV, un modèle VMR-3020, qui a transformé le processus d’inspection en permettant de mesurer beaucoup plus de points sur une grille de 1 mm sur toute la surface de la plaque, de manière entièrement automatique, à l’intérieur des limites de tolérance. En plus d’être un outil de métrologie plus précis, il permettait une meilleure évaluation globale de la forme générale de la plaque.
Douze ans plus tard, le modèle VMZ-S3020 a remplacé le VMR chez Dynex, améliorant encore le contrôle qualité et le rendant plus utile pour les activités de recherche et développement et le dépannage des problèmes occasionnels sur la chaîne de production. Pour ce dernier, des rapports écrits et des cartes thermiques en couleur sont produits à l’intention du personnel de l’usine afin que des mesures correctives puissent être prises si nécessaire.
Mark Addlesee, responsable de projet chez Dynex, ajoute : « Nous avons acquis le premier NEXIV après un examen complet d’au moins sept fournisseurs d’équipement de métrologie potentiels. Grâce aux excellentes performances de l’équipement pendant plus d’une dizaine d’années et à la qualité de la formation, du service et du support continu assurés par les fournisseurs, nous avons sélectionné l’an dernier, sans hésitation, la mise à jour de la machine d’inspection. »
Le dernier NEXIV constitue un gain de temps important lors de l’inspection des plaques de base, dont il est déjà possible de bénéficier sur l’instrument. »
Le systèmes de mesure vidéo NEXIV VMZ-S3020 type 2 de Nikon réalise des mesures optiques 2D et 3D avancées répondant à différents besoins industriels. Dans cette application, plutôt que de mesurer uniquement les caractéristiques sur X et Y, elle positionne la platine à plusieurs reprises sous une tête optique sur le plan horizontal à l’aide d’encodeurs linéaires exclusifs à haute résolution et utilise un système avancé de mise au point automatique (AF) et un laser à travers l’objectif (TTL) pour déterminer la hauteur à chaque point. Le faisceau laser est projeté directement à travers la même lentille de l’objectif Nikon de haute qualité utilisée également pour la capture d’images sur le capteur CMOS haute résolution d’un appareil photo numérique, modèle noire et blanc pour cette application. Un mouvement tout aussi précis de la tête sur l’axe Z détermine le moment où le faisceau laser réfléchi est focalisé et donc la hauteur du composant examiné à cet emplacement.
Les plaques de base inspectées chez Dynex mesurent généralement entre 140 x 190 mm à 70 x 137 mm. Les scans haute résolution à intervalles de 1 mm peuvent prendre jusqu’à une heure, mais si un contrôle plus sommaire est suffisant, par exemple à intervalles de 15 mm, le processus de mesure est considérablement accéléré. La vitesse élevée du NEXIV permet de réaliser l’acquisition rapide requise des données par le logiciel AutoMeasure de Nikon, gérant les mesures de base des dimensions 2D et de la hauteur 3D.
Pour une évaluation plus avancée de la hauteur des points et de la topographie de la surface, les données CSV sont transférées sur un système d’analyse de surface MountainsMap depuis Digital Surf. M. Addlesee a souligné que ce format de données s’interface bien avec le logiciel de présentation des ventes de Dynex. Taylor Swain, ingénieur processus/ développement chez Dynex, est également très intéressé par le logiciel multimédia Nikon Note intégré à AutoMeasure, constituant un outil de support
et de formation permettant de rationaliser les opérations.
Le dernier NEXIV constitue un gain de temps important lors de l’inspection des plaques de base, dont il est déjà possible de bénéficier sur l’instrument. Par exemple, les matrices carrées de 13,5 mm (puces semi-conductrices) des IGBT sont examinées à la volée afin de vérifier que le pas et la hauteur du fil soudé au substrat sont dans les limites de tolérance. Les composants plus petits, tels que les résistances qui utilisent de la soudure sérigraphiée, sont contrôlés pour vérifier la planéité des fils de connexion. Une autre application de contrôle qualité récemment réalisée par M. Swain consistait en un balayage à grille de 0,5 mm afin de caractériser la planéité et le parallélisme d’un nouvel approvisionnement de couvercles supérieurs et inférieurs de 50 mm de diamètre destinés à des composants de thyristors bipolaires. D’autres ingénieurs à l’intérieur de l’usine s’interrogent sur la possibilité d’examiner la planarité et la circularité des composants, qui relèvent tout à fait de la compétence d’NEXIV.
Une caractéristique particulièrement avantageuse est l’éclairage complet, qui peut être réglé avec précision pour scanner même les surfaces les plus problématiques à Dynex, y compris celles qui ont une réflectivité élevée. En plus de l’éclairage épiscopique et diascopique, un éclairage LED à double anneau entoure la lentille de l’objectif, avec huit segments réglables indépendamment permettant de modifier les angles d’incidence afin d’optimiser le contraste, de minimiser les reflets et de mettre en valeur les caractéristiques du composant inspecté. Dans le cas d’usage primaire de Dynex utilisant l’autofocus laser TTL, le fonctionnement du laser est indépendant de la lumière, mais l’éclairage aide à aligner le composant avant le début de la mesure.
M. Swain ajoute : « J’ai souvent utilisé et apprécié les profils d’assemblage du logiciel NEXIV pour prendre des micrographies à fort grossissement dans certaines zones de manière à les combiner en une seule image haute définition d’une zone d’intérêt. Dans un cas, nous avons constaté une fuite d’huile de silicone provenant d’une colle, ce qui nous a permis de cerner le problème et à trouver une solution. »
M. Addlesee conclut : « Le dernier modèle NEXIV, tout comme son prédécesseur, dispose d’une multitude de fonctionnalités de métrologie et d’inspection. Nous avons à peine exploré les capacités du NEXIV. Nikon est très désireux de nous aider lors des journées de formation et d’autres événements afin d’élargir nos connaissances et notre utilisation de leur équipement à d’autres applications appropriées, et nous nous réjouissons beaucoup de la poursuite de cette collaboration. »
