Nettoyer capteurs et pièces microélectroniques par ultrasons

Un capteur mesure à travers une surface : une membrane, une fenêtre, une gaine ou une électrode. Tout ce qui se trouve sur cette surface fait partie de la mesure. Un film d'huile sur une membrane de pression décale sa réponse, une trace de doigt sur une fenêtre optique diffuse la lumière, une particule entre deux électrodes modifie une capacité. Le nettoyage par ultrasons est un bon moyen de rendre ces surfaces propres avant montage. C'est aussi un bon moyen de détruire certains capteurs ; la première question est donc toujours de savoir de quelle pièce il s'agit.

Deux groupes : les pièces et les capteurs en état de fonctionnement

Le nettoyage des capteurs se divise en deux groupes qui demandent des réponses différentes.

Les pièces avant que le capteur n'existe : boîtiers, gaines, corps de sonde, raccords, fenêtres optiques, lentilles avant montage, ébauches d'électrodes, substrats céramiques, grilles de connexion. Ce sont des pièces en métal, en verre, en céramique ou en plastique, qui se nettoient comme d'autres pièces de précision, avec des réglages doux.

Les capteurs en état de fonctionnement et les modules capteurs équipés : ils portent l'élément sensible, et leur tolérance au bain dépend de la construction de cet élément. Beaucoup ne le tolèrent pas.

Ce qui peut aller dans le bain

Pièce	Salissure type	Réglage
Gaines de sonde et doigts de gant en inox	Huile d'usinage, particules, traces de doigts	Détergent légèrement alcalin, 50 à 60 °C, 40 kHz, 3 à 5 min
Boîtiers de capteurs usinés en aluminium ou en inox	Fluide de coupe, copeaux, écailles de bavures	Comme pour les pièces usinées CNC avant montage, puis rinçage à l'eau déionisée
Fenêtres en verre ou en saphir, sans traitement	Traces de doigts, résidus de polissage, poussière	Détergent neutre ou solvant du fabricant dans un bécher, de la température ambiante à 40 °C, 1 à 3 min
Substrats céramiques avant montage	Particules, résidus de manipulation	Détergent neutre, 40 kHz, cycle court, rinçage à l'eau déionisée
Capteurs étanches, surmoulés ou enrobés (par exemple thermocouples chemisés et sondes à résistance)	Résidus de procédé après usage	Chimie compatible avec la gaine et le joint, cycle court ; vérifiez les instructions du fabricant

Les pièces optiques traitées (antireflet, filtres, miroirs) se nettoient uniquement avec la méthode et la chimie approuvées par le fabricant du traitement. Certains traitements sont tendres et se décollent sous la cavitation. Les lentilles collées ou scellées dans une monture ne se nettoient que si l'adhésif est adapté au liquide et à la température.

Pour les petites pièces et l'optique, la méthode indirecte est généralement la bonne : les pièces sont dans un bécher avec leur propre liquide, le bécher est posé dans la cuve remplie d'eau. Le bain principal reste propre, un petit volume de liquide coûteux fait le travail, et aucun solvant ne touche la cuve chauffée.

Ce qui ne doit jamais aller dans le bain

Ces types de capteurs ont des structures ouvertes, mobiles ou résonantes, ou des ouvertures qui laissent entrer le liquide jusqu'à l'élément. Tenez-les entièrement hors du bain.

Type de capteur	Pourquoi
Accéléromètres et gyroscopes MEMS	Les structures en silicium suspendues peuvent entrer en résonance, se rompre ou se coller au substrat
Microphones MEMS	Ouverture acoustique ; la membrane fait quelques micromètres d'épaisseur
Capteurs de pression à port ouvert ou à cavité remplie de gel	Liquide dans la cavité, dommages à la membrane ou au gel
Capteurs d'humidité et de gaz	Couches sensibles et membranes ouvertes ; le liquide empoisonne ou décale l'élément
Capteurs avec membrane d'évent	La membrane fuit lorsqu'elle est mouillée sous cavitation
Résonateurs à quartz et quartz diapason	La structure résonante peut être excitée et se rompre ; beaucoup de fiches techniques interdisent le nettoyage par ultrasons
Puces non encapsulées avec fils de câblage	La cavitation peut fatiguer les fils de câblage fins
Toute pièce que le fabricant marque « pas de nettoyage aux ultrasons »	Le marquage est la réponse

Le guide des risques pour l'électronique de précision détaille ces limites, y compris la façon de qualifier une pièce qui n'y figure pas. Si un tel capteur se trouve sur une carte à nettoyer, il est implanté après le nettoyage ou masqué, ou bien la carte est nettoyée à la main.

Réglages pour les pièces de capteurs

Fréquence : 40 kHz, ou 80 kHz sur la MT-75 pour les pièces les plus délicates et les particules les plus fines ; voir taille des particules et fréquence.
Puissance : réduite lorsque la machine le permet. Une petite cuve de table a par conception une densité de puissance élevée ; gardez les cycles courts.
Température : de la température ambiante à 55 °C, sous la limite de tout plastique ou adhésif présent dans la pièce.
Durée : 1 à 5 minutes. Contrôlez le résultat, puis prolongez si nécessaire.
Support : pièces tenues dans un panier, un bécher ou un porte-pièces, jamais posées sur le fond de cuve, sans contact entre elles.
Rinçage : eau déionisée. Un résidu ionique sur un élément sensible peut décaler les mesures et corroder les électrodes.
Séchage : air chaud filtré, pièces orientées pour que chaque cavité s'égoutte ; voir rinçage et séchage.

La propreté qui compte pour les capteurs

Pour les pièces optiques, le contrôle est visuel : un éclairage en fond noir ou un microscope révèle films et particules. Pour les boîtiers de capteurs et les pièces de sonde destinés à un assemblage, les limites particulaires viennent de la spécification du produit et se contrôlent comme pour les autres composants ; voir le nettoyage des pièces électroniques avant montage. Les pièces propres vont directement dans des plateaux couverts et se manipulent avec des gants.

Poussière et résidus entre les broches d'une puce, avec une pointe de test — Poussière et résidus entre des broches à pas fin, là où naissent les courants de fuite

Quelle machine

Travail	Configuration
Optique, fenêtres et petites pièces de capteurs	STS-030 (3 L) à STS-090 (9 L), 40 kHz, béchers selon la méthode indirecte
Gaines de sonde, boîtiers, travail par lots	STS-150 à STS-300 ou UMX Pro 50L à 40 kHz, rinçage à l'eau déionisée, séchage à air chaud
Pièces de précision, lavage-rinçage-séchage dans un même bâti	MT-75, 75 L, 40/80 kHz