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Une vision plus approfondie des microcomposants

Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) sont des dispositifs microfabriqués utilisés dans de nombreux appareils électroniques, mais leur production souffre de défauts difficiles à détecter. Des chercheurs ont créé un système qui utilise la technologie des rayons X et de la vision 3D pour détecter facilement ces défauts.

Technologies industrielles

Les MEMS sont omniprésents: ils sont utilisés dans les accéléromètres, les gyroscopes, les capteurs de pression, les microphones et plus encore. Ces composants sont essentiels et intégrés dans l’électronique automobile, les équipements de jeu et les applications de communication mobile. Tous ces MEMS sont fabriqués avec des outils de microfabrication, principalement dans des procédés tridimensionnels (3D). Les fabricants ont besoin d’outils d’inspection sophistiqués pour les microstructures 3D, mais les méthodes actuelles peuvent laisser passer des défauts critiques et les alternatives manuelles sont trop onéreuses. Le projet CITCOM, financé par l’UE, voulait améliorer la fabrication de MEMS de façon radicale en augmentant le niveau de maturité technologique (NMT) des équipements d’imagerie 3D et d’inspection par rayons X. Les chercheurs ont prévu que leur équipement d’inspection soit prêt à être intégré par des fabricants et utilisateurs finaux potentiels comme Philips ou Microchip.

Deux modules pour l’inspection MEMS

CITCOM a développé deux modules: un système en ligne à vision 3D pour inspecter 100 % de la production MEMS et un système à rayons X en ligne qui peut être utilisé pour des analyses sélectives et avancées. Les chercheurs ont créé le module de vision 3D optique sur la base d’un sondeur de plaquettes micro-électrique conventionnel équipé d’une caméra à champ lumineux et d’un logiciel d’inspection automatisé pour détecter les informations importantes à partir de la lumière. «Ces caméras capturent les informations sur l’origine des rayons lumineux dans l’espace 3D, via un réseau de microlentilles placé juste devant une puce photosensible conventionnelle», explique Francesco Crivelli, coordinateur du projet CITCOM. «Après l’étalonnage de la caméra, l’objet imagé est reconstruit informatiquement, ce qui donne une carte avec une profondeur en 3D et une image entièrement focalisée.» Le système à rayons X CITCOM comprend une source de rayons X que les chercheurs ont spécialement mise au point pour ce projet, un détecteur et un manipulateur. Les chercheurs ont équipé le système d’un grand détecteur d’intégration de charge de 5,5 MP pour détecter efficacement les défauts submicroniques. L’équipe a développé un logiciel dédié qui automatise l’inspection pour les deux modules et créé un logiciel backend qui intègre le contrôle du matériel d’imagerie, dirige le flux de travail d’analyse d’image et transmet les informations à tous les autres composants du système d’inspection. Les chercheurs ont créé une fonctionnalité de reconnaissance automatisée des défauts qui utilise l’apprentissage en profondeur pour détecter des anomalies telles que des défauts et des particules étrangères.

Test de fiabilité des modules

Les chercheurs ont testé la fiabilité et la robustesse du système CITCOM sur des échantillons MEMS fournis par les utilisateurs finaux partenaires. Pour les tests de fiabilité, CITCOM a utilisé des laboratoires spécialisés pour les échantillons fournis par Microchip. L’équipe a découvert que CITCOM a le potentiel d’améliorer l’efficacité de la production en fournissant les outils nécessaires pour identifier les défauts à un stade précoce de la production. CITCOM a constaté que son système augmentait l’efficacité, réduisait la consommation d’électricité et les déchets produits, ce qui réduisait les coûts de maintenance et d’exploitation jusqu’à 76 %. Ils ont constaté une diminution potentielle de 40 % des catégories d’impact environnemental, incluant le changement climatique, la consommation d’énergie et l’eutrophisation. «La clôture réussie du projet CITCOM est soulignée par l’intention concrète manifestée par plusieurs partenaires de poursuivre la collaboration au-delà de la fin du projet», fait remarquer Francesco Crivelli. «Cela nous permettra de tester les configurations dans un environnement de production réel et de finaliser la technologie en vue de la commercialisation.» Lorsque le rendement de production réel des MEMS complexes et des microsystèmes sera amélioré, la durabilité accrue du processus réduira les déchets, ce qui aura un impact positif sur l’environnement.

Mots‑clés

CITCOM, systèmes micro-électromécaniques (MEMS), rayons X, optique, vision 3D

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