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A Complimentary Inspection Technique based on Computer Tomography and Plenoptic Camera for MEMS Components

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Estudio pormenorizado de los microcomponentes

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés) son dispositivos microfabricados que se utilizan en muchos productos electrónicos, pero su producción está plagada de defectos difíciles de detectar. Un equipo de investigadores creó un sistema que utiliza rayos X y tecnología de visión tridimensional para facilitar la búsqueda de estos defectos.

Tecnologías industriales

Los MEMS se emplean en todo tipo de aplicaciones como acelerómetros, giroscopios, sensores de presión, micrófonos, etc. Estos componentes son esenciales y se integran en sistemas de electrónica de la automoción, equipos de juegos y aplicaciones de comunicación móvil. Todos estos MEMS se fabrican mediante herramientas de microfabricación, principalmente en procesos tridimensionales (3D). Los fabricantes precisan de herramientas de inspección sofisticadas para microestructuras 3D, pero los métodos actuales pueden dejar pasar fallos críticos y las alternativas manuales son demasiado caras. El proyecto CITCOM, financiado con fondos europeos, propuso una mejora drástica en la fabricación de MEMS que aumenta el el nivel de preparación tecnológica (de los equipos de inspección por rayos X y de imágenes en 3D). Sus investigadores se propusieron generar un equipo de inspección listo para su uso por usuarios finales como los fabricantes Philips o Microchip.

Dos módulos para inspección de MEMS

CITCOM desarrolló dos módulos, un sistema en línea de visión 3D para inspeccionar el 100 % de la producción de MEMS y un sistema de rayos X lateral que se puede utilizar para análisis selectivos y avanzados. El equipo creó el módulo óptico de visión 3D basado en una sonda de oblea microeléctrica convencional equipada con una cámara de campo de luz y un «software» de inspección automatizado para detectar información importante a partir de la luz. «Estas cámaras capturan la información del origen de los rayos de luz en el espacio 3D a través de una matriz de microlentes colocada frente a un chip fotosensible convencional», comenta el coordinador del proyecto CITCOM, Francesco Crivelli. «Después de la calibración de la cámara, se reconstruye informáticamente el objeto fotografiado, lo que da como resultado un mapa de profundidad 3D y una imagen completamente enfocada». El sistema de rayos X de CITCOM consta de una fuente de rayos X que los investigadores desarrollaron especialmente para este proyecto, un detector y un manipulador. Equiparon el sistema con un gran detector de integración de carga de 5,5 MP para detectar defectos submicrónicos con eficacia. El equipo desarrolló además un «software» específico que automatiza la inspección para ambos módulos y otro de «backend» que integra el control del «hardware» con el que se obtienen las imágenes, dirige el flujo de trabajo dedicado a analizar las imágenes y transmite información a todos los demás componentes del sistema de inspección. Los investigadores crearon una función de reconocimiento automatizado de defectos que utiliza aprendizaje profundo para detectar anomalías como defectos y partículas extrañas.

Pruebas de fiabilidad de los módulos

Los investigadores probaron la fiabilidad y solidez del sistema CITCOM en muestras de MEMS proporcionadas por los socios usuarios finales. Para las pruebas de fiabilidad, CITCOM utilizó laboratorios especializados para las muestras proporcionadas por Microchip. El equipo descubrió que CITCOM tiene la capacidad de aumentar la eficiencia de la producción al ofrecer las herramientas necesarias para identificar defectos en las primeras fases de la producción. CITCOM afirma que su sistema aumentó la eficacia y redujo el consumo de electricidad y los desechos producidos, lo que supuso un ahorro de costes de mantenimiento y explotación de hasta un 76 %. Descubrieron que podrían lograr una rebaja del 40 % en las categorías de impacto ambiental que incluyen el cambio climático, el uso de energía y la eutrofización. «Los buenos resultados que obtuvo el proyecto CITCOM se hicieron aún más patentes al mostrar varios socios una intención explícita de continuar la colaboración más allá del final del proyecto», comenta Crivelli. «Esto nos permitirá probar las configuraciones en un entorno de producción real y perfeccionar la tecnología de cara a su comercialización». Una mejora del rendimiento en la producción real de MEMS y microsistemas complejos permitirá que la sostenibilidad mejorada del proceso reduzca los desperdicios, lo que influirá positivamente en el medio ambiente.

Palabras clave

CITCOM, sistemas microelectromecánicos (MEMS), rayos X, óptica, visión 3D

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