En matière de microscopie, on distingue principalement trois familles techniques : la microscopie optique, la microscopie à sonde locale, et la microscopie électronique. Cette dernière méthode que nous allons voir ensemble est utilisée principalement pour l’observation d’échantillons biologiques, ou d’échantillons industriels dans des secteurs comme la métallurgie et l’industrie des semi-conducteurs.
Contrairement à la microscopie optique, le MEB n’utilise pas la lumière naturelle (soleil ou autre source lumineuse), mais un faisceau d’électrons focalisé qui excite la surface de la cible à inspecter. Ce faisceau, émis par un canon à électrons, est focalisé à l’aide de bobines électromagnétiques appelées également lentilles. En entrant en collision avec l’échantillon analysé, le faisceau va générer deux types de réponses :
Les atomes de l’échantillon excités par le faisceau primaire vont libérer des électrons périphériques. Ces derniers vont fournir un renseignement précis sur la topographie de la cible
Les électrons du faisceau primaire vont venir rebondir sur la cible. À ce moment-là, ils perdent plus ou moins d’énergie en fonction de la nature du matériau percuté. Ces électrons-ci ne fournissent que peu d'informations sur la topographie de la cible. Ce que l’on y observe réside plutôt dans la quantité d’énergie perdue à l’interaction. Cela renseigne sur la distribution de la composition de l’échantillon observé, le contraste d’énergie dépendant du numéro atomique de l’élément percuté.
Grâce au balayage du faisceau, les informations relatives à l’altitude et l’orientation de chaque point de l'échantillon sont relevées. La combinaison des différents signaux permet la reconstruction topographique de l’échantillon et une image en relief est reconstruite avec une extrême finesse.
Les informations que récolte un MEB permettent une analyse plus poussée de l’échantillon par rapport aux autres types de microscopes.
Le premier avantage du microscope électronique à balayage est sa grande profondeur de champ même à très fort grossissement. En effet, le fait que l’image retranscrite soit la combinaison des coordonnées de chaque point de la cible permet une netteté parfaite sur l’ensemble de l’image, et ce malgré un relief très marqué de la surface de l’échantillon. En comparaison, l’image du même échantillon retranscrite par un microscope optique présente d’importantes zones de flou en fonction des variations d’altitude (exemple ci-dessous avec la surface de fracture d’une vis en laiton).
Le deuxième avantage notoire est la capacité de grossissement nettement supérieure aux microscopes optiques. Là où un microscope optique pourra grossir l’image de x0,5 à x1500, un microscope électronique à balayage ira de x1 à x150000, voire plus, et ce en produisant des images d’une qualité incroyable.
Lorsque l’on inspecte des échantillons très lisses et réflectifs, un autre point entre en considération : les réflexions parasites. La lumière reflétée sur les éléments brillants de l’objet peut gêner l’analyse avec un microscope optique. En plus de restituer une image de définition extrêmement fine, le MEB ne tenant pas compte de la lumière ambiante présente une image sans aucune réflexion parasite ce qui facilite l’inspection (exemple ci-dessous).
Couplée au grossissement extrême, l'élimination de ces reflets parasites permet une autre analyse sur l’échantillon. En effet, l’inspection rapprochée d’une fracture peut permettre de définir son origine (rupture progressive par usure ou rupture immédiate fragile). L’exemple ci-dessous représente une fracture métallique. Il est également possible de rechercher la source et la nature d’une contamination. Ces contaminations peuvent être de la corrosion, des poussières et particules étrangères, ou encore des contaminants de surface. Ci-dessous, vous trouverez un exemple de surface contaminée inspecté au MEB, ainsi qu’un connecteur BNC poussiéreux.
Grâce au logiciel natif du microscope électronique à balayage, il est possible d’effectuer des mesures dimensionnelles jusqu’au micron près sur les échantillons observés (taille, distances, etc…).
Là où les microscopes électroniques à balayage sortent du lot, c’est dans leur capacité d’analyse de la matière par couplage avec un spectromètre intégré dans la chambre d’inspection . Grâce à ce module optionnel, il est possible de cartographier très précisément la composition atomique d’une zone de l’échantillon. Ce module analyse l’énergie émise par l’échantillon lorsqu’il est frappé par le faisceau d’électrons du MEB, et en déduit ainsi la nature ainsi que la proportion de chacun des éléments périodiques contenus dans l’échantillon observé. Cette opération est reproduite sur chaque point de la zone à analyser, puis une moyenne est calculée et retranscrite sous forme de spectre de raie. La cartographie de distribution est alors générée.
Ci-dessous,vous trouverez un exemple de spectre obtenu suite à une analyse spectrométriques d’un alliage. On peut y voir que le silicium est le composant le plus présent, suivi du chlore. Les pics sont toujours au même endroit sur le spectre (même abscisse), et plus ou moins haut en fonction de la quantité relevée dans la zone échantillonnée.
Les microscopes électroniques à balayage existent sous plusieurs formes. Les gros systèmes sont les plus coûteux. Ils sont relativement encombrants et leur utilisation ainsi que leur maintenance sont complexes. Ils sont généralement destinés à des laboratoires d’analyse spécialisés. Ils permettent une analyse beaucoup plus poussée qu’en utilisant les autres types de MEB existants.
Parmi ceux-ci, on retrouve des équipements plus sommaires, plus simples d’utilisation et nettement moins encombrants (exemple : SEC e-beam pioneer). Ils sont plutôt considérés comme des modèles de bureau.
Une option est nécessaire sur votre MEB, qu’il soit parmi les gros équipements ou les modèles de bureau. Cette option est la préparation de surface, aussi appelée “Coating OR par plasma sous vide”. Ce procédé consiste à venir déposer une très fine pellicule d’or (de deux à une vingtaine d'atomes d’épaisseur uniquement !) sur l’échantillon afin de la rendre conductrice et ainsi de pouvoir l’analyser correctement. Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessous, si cette opération n’est pas réalisée l’image transmise sera sombre, peu détaillée, et donc difficile à analyser correctement. À l’inverse, le traitement de surface fait ressortir chaque détail de l’échantillon et permet de renvoyer une image claire. Cette conductivité de la surface permet également d’évacuer les charges électriques consécutives au bombardement de la cible par le faisceau d’électrons et évite ainsi la production d’images parasitée par une multitude de traits blancs indésirables.
Chez Gemaddis, nous avons notre propre laboratoire d’analyse et proposons différents types d’analyses sur composant ou sur circuit imprimé. Parmi celles-ci, nous proposons des analyses par MEB. Nous disposons du SNE-4500M Plus de chez SEC e-beam pioneer. Cette version est le compromis parfait entre coût et qualité d’analyse. Elle permet de fournir des images avec un grossissement pouvant aller jusqu’à x150000 sans module complémentaire. Il s’agit du modèle le plus simple à utiliser et avec les meilleures performances sur le marché. Le déplacement est rapide grâce à une platine entièrement motorisée. La localisation de l’emplacement d’analyse de l’échantillon est grandement facilitée par une caméra qui supervise l’échantillon.
La mise en œuvre de ce modèle est simple et rapide. Il possède un autre avantage : les fonctions d’annotations et de mesure.
Si vous souhaitez en savoir plus sur l’inspection de PCB, l’article suivant est pour vous : Les 4 inspections à faire sur une carte électronique pour limiter les défauts.
Le monde fascinant de la microscopie électronique à balayage (MEB) nous offre un aperçu détaillé, qu'il est impossible d'obtenir avec d'autres formes de microscopie. Du fait de sa capacité à produire des images d'une clarté exceptionnelle à des grossissements extrêmes, le MEB est devenu un outil indispensable pour de nombreux domaines, de la biologie à l'industrie. Son utilisation transcende la simple observation et permet une analyse approfondie des matériaux à l'échelle atomique. Chez Gemaddis, nous sommes fiers de faire partie de cette aventure scientifique, en fournissant des services d'analyse de qualité supérieure grâce à notre équipement de pointe. Si vous êtes curieux de comprendre les merveilles que cache le monde à l'échelle microscopique, le MEB est la fenêtre vers cet univers. N'hésitez pas à nous contacter pour toute demande d'analyse ou pour en savoir plus sur les potentialités offertes par cette technologie étonnante.
Chez Gemaddis, nous possédons une riche expérience dans le domaine de la microscopie et des technologies associées. Forts de plusieurs années passées en laboratoire et avec notre technologue d'experience M. Philippe Allard, nous avons acquis une expertise approfondie en matière de microscopes électroniques à balayage (MEB). Cette passion pour la science et la technologie nous a conduits à partager nos connaissances avec un public plus large, afin de démystifier la complexité des outils modernes utilisés dans la recherche. Notre objectif est d'offrir à nos lecteurs une compréhension claire et concise des sujets que nous abordons, en mettant toujours l'accent sur l'excellence, la précision et l'intégrité de l'information.
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