Bliższe spojrzenie na mikrokomponenty
Układy MEMS są wszechobecne – występują między innymi w akcelerometrach, żyroskopach, czujnikach ciśnienia czy mikrofonach wykorzystywanych w elektronice samochodów, sprzęcie do gier komputerowych czy urządzeniach do komunikacji mobilnej. Wszystkie układy MEMS są wytwarzane przy użyciu narzędzi do mikrofabrykacji, głównie w procesach trójwymiarowych. Producenci potrzebują zaawansowanych narzędzi do kontroli trójwymiarowych mikrostruktur, ale stosowane obecnie metody nie pozwalają na wykrycie wszystkich defektów, w wyniku czego krytyczne problemy często nie są dostrzegane w ramach kontroli jakości, z kolei ręczne analizy są zbyt kosztowne. Celem finansowanego przez UE projektu CITCOM(odnośnik otworzy się w nowym oknie) było istotne usprawnienie produkcji układów MEMS przez podniesienie poziomu gotowości technologicznej sprzętu do obrazowania trójwymiarowego i kontroli rentgenowskiej. Badacze planowali przygotować sprzęt kontrolny do wdrożenia w zakładach spółek takich jak Philips(odnośnik otworzy się w nowym oknie) lub Microchip(odnośnik otworzy się w nowym oknie), które zaliczają się do grupy potencjalnych użytkowników rozwiązania.
Dwa moduły do kontroli układów MEMS
W ramach projektu CITCOM powstały dwa moduły – trójwymiarowy system wizyjny będący częścią linii produkcyjnej, który pozwoli kontrolować całą produkcję układów MEMS, oraz działający równolegle do linii produkcyjnej system rentgenowski, który można wykorzystać do selektywnej i zaawansowanej analizy produkowanych elementów. Badacze zbudowali optyczny moduł wizji trójwymiarowej w oparciu o konwencjonalną sondę mikroelektryczną wyposażoną w plenoptyczną kamerę i opracowali oprogramowanie do zautomatyzowanej kontroli, które pozwoli przekazywać uzyskiwane za pomocą wiązki świetlnej informacje. „Kamery te rejestrują informacje o położeniu źródła promieniowania świetlnego w przestrzeni trójwymiarowej za pomocą układu mikrosoczewkowego umieszczonego blisko konwencjonalnego światłoczułego układu scalonego”, opowiada koordynator projektu CITCOM Francesco Crivelli. „Po kalibracji kamery obrazowany obiekt jest rekonstruowany za pomocą metod obliczeniowych, których rezultatem jest trójwymiarowa mapa głębi i w pełni ostry obraz”. System rentgenowski CITCOM składa się ze źródła promieniowania rentgenowskiego, które naukowcy opracowali specjalnie na potrzeby tego projektu, a także detektora i manipulatora. Naukowcy wyposażyli system w duży 5,5-megapikselowy detektor integrujący ładunek, aby skutecznie wykrywać defekty o skali wynoszącej poniżej jednego mikrona. Zespół opracował także oprogramowanie, które pozwala na automatyzację kontroli opartej na obu modułach, któremu towarzyszy oprogramowanie typu back-end, które łączy procesy sterowania urządzeniami obrazującymi, steruje procedurami analizy obrazu i przekazuje informacje do wszystkich innych elementów systemu kontroli. Naukowcy stworzyli zautomatyzowaną funkcję rozpoznawania defektów, która wykorzystuje uczenie głębokie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) do wykrywania anomalii, takich jak defekty i ciała obce.
Testowanie niezawodności modułów
Badacze przetestowali niezawodność systemu CITCOM na próbkach układów MEMS dostarczonych przez partnerów będących odbiorcami rozwiązania. Do testów niezawodności zespół projektu CITCOM wykorzystał wyspecjalizowane laboratoria, w których badaniom poddano próbki dostarczone przez spółkę Microchip. Badacze ustalili, że system CITCOM może poprawić wydajność produkcji dzięki dostarczeniu narzędzi potrzebnych do identyfikacji defektów na wczesnym etapie produkcji. Zespół projektu CITCOM odkrył też, że ich system zwiększa wydajność, zmniejsza zużycie energii elektrycznej, a także liczbę wytwarzanych odpadów, co obniża koszty konserwacji i eksploatacji nawet o 76 %. Co więcej, rozwiązanie może ograniczyć wpływ na środowisko naturalne nawet o 40 % w wybranych kategoriach, które obejmują między innymi zmianę klimatu, zużycie energii i eutrofizację. „Konkretne deklaracje kilku partnerów stanowią świetne podsumowanie projektu CITCOM. Istnieje spora szansa, że po zakończeniu projektu będziemy kontynuować współpracę”, zauważa Crivelli. „Pozwoli nam to przetestować konfiguracje w rzeczywistym środowisku produkcyjnym i sfinalizować rozwój naszej technologii z myślą o komercjalizacji”. Usprawnienie procesu produkcji złożonych układów MEMS i mikrosystemów sprawi, że sektor ten stanie się bardziej ekologiczny dzięki zmniejszeniu ilości odpadów, co wpłynie pozytywnie na środowisko.
