Contribution à l'étude de l'adhérence des structures du type couche sur substrat par modes de Rayleigh générés et détectés par sources laser

Contribution to the study of the adhesion of layer-on-substrate structures by Rayleigh modes generated and detected by laser sources

• Auteur / Autrice : Martin Robin
• Direction : Mohammadi Ouaftouh, Frédéric Jenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 15/07/2019
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Audoin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammadi Ouaftouh, Frédéric Jenot, Mounsif Ech-Cherif El Kettani, Hossep Achdjian, Dorothée Debavelaere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Audoin, Mounsif Ech-Cherif El Kettani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle non destructif

Ultrasons lasers

Ondes acoustiques de surface

Adhésion (physique)

Mots clés libres

Adhérence

Modes de Rayleigh

Contrôle non destructif

Eléments finis

Pseudo-Distribution de Wigner

Ville lissée

Méthode Matrix Pencil

Adhesion

Rayleigh modes

Ultrasonics

Non-Destructive testing

Finite elements

Smoothed pseudo Wigner

Ville distribution

Matrix Pencil method

Résumé

La caractérisation non destructive de l’adhérence des structures du type couche sur substrat est un enjeu industriel et académique important. Ce type d’échantillon est en effet utilisé pour de nombreuses applications et sa durée de vie dépend en grande partie de la qualité d’adhérence des films au substrat. Celle-ci modifie sensiblement le comportement dispersif des ondes acoustiques de surface se propageant dans de ce type de structure. Pour générer et détecter ces ondes, un dispositif Ultrasons-Laser a été privilégié. Dans un premier temps, nous avons cherché à contourner les difficultés d’interprétation rencontrées habituellement dans le contrôle de l’adhérence par ondes acoustiques de surface. Les variations d’épaisseur de la couche peuvent en effet avoir une influence sur la dispersion des ondes comparable à celle due à l’adhérence. Pour ce faire, des films polymères dont l’épaisseur est quasi-constante sont employés et apposés sur un substrat en aluminium. Ces films possèdent en plus la propriété d’être transparents. Cela permet de focaliser l’impulsion laser générant les ondes acoustiques à travers le film, directement à la surface du substrat et de placer ainsi la source acoustique à l’interface film-substrat. L’influence de la position de la source sur le comportement dispersif des ondes acoustiques de surface et par conséquent sur le contrôle de la qualité d’adhérence est alors étudiée expérimentalement ainsi qu’au travers de simulations par éléments finis. Finalement, une caractérisation de l’adhérence de différents échantillons est effectuée grâce aux courbes de dispersion obtenues à l’aide de la méthode Matrix-Pencil appliquée aux résultats expérimentaux. En utilisant un algorithme d’inversion, les raideurs d’interface caractéristiques de l’adhérence des échantillons analysés sont estimées.

The non-destructive characterization of the adhesion of layer-on-substrate structures is an important issue in industrial and academic domains. This type of sample is indeed used for many applications and its lifetime depends mainly on the adhesion of the film to the substrate. This one changes significantly the dispersive behavior of the surface acoustic waves. To generate and detect these waves, a Laser-Ultrasonics setup has been used. First, we are looking to bypass the interpretation difficulties usually encountered in the control of adhesion by surface acoustic waves. Indeed, the layer thickness variations influence the dispersion of the waves in a similar way to the adhesion. Consequently, the polymer films used have a quasi-constant thickness and they are deposited directly on an aluminum substrate. In addition, these films are also transparent. It allows us to generate directly the acoustic waves on the substrate surface, at the interface between the film and the substrate, by focusing the laser pulse through the film. In this way, the influence of the source location on the dispersive behavior of the surface acoustic waves and thus on the adhesion quality control may be studied experimentally and by using finite element simulations. Finally, a characterization of the adhesion of several samples is performed using the dispersion curves obtained applying the Matrix-Pencil method to the experimental results. An inversion algorithm allows us to estimate the interfacial stiffnesses corresponding to the adhesion of the samples.