La fotonica del silicio si avvicina alle esigenze della produzione di massa

La fotonica del silicio è la tecnologia emergente che utilizza processi e componenti standard della tecnologia CMOS come mezzo per inviare, ricevere e distribuire informazione di tipo ottico tra CPU e altri componenti elettronici con velocità di trasmissione nell’ordine dei Tbit/s, basso consumo e generazione di calore.

PI miCos, sussidiaria del Gruppo PI (Physik Instrumente), è specializzata nella progettazione e creazione di sistemi e componenti per la fotonica, il nano-posizionamento e la tecnologia laser, e offre inoltre servizi completi di system integration nel campo dell’ottica e del motion control.
PI miCos sarà tra gli espositori di A&T – Affidabilità & Tecnologie, la manifestazione internazionale dedicata alle tecnologie innovative (Torino, 22/23 Aprile 2015), dove presenterà nuove soluzioni nel campo della produzione ed ispezione di chip fotonici.

DIVENTA ESPOSITORE ISCRIVITI COME VISITATORE

Soluzioni automatizzate per produrre componenti elettronici, integrati con fibre ottiche

Tra i neologismi oggi più di moda vi sono sicuramente cloud computing e internet veloce: l’attenzione è migrata dalle telecomunicazioni al “data-communication”, ovvero verso processi in cui la connessione ottica non è utilizzata su lunghe distanze ma per la comunicazione interna ad un chip, tra chip distinti o tra i chip e la board che li ospita.

In questo scenario, congiuntamente all’alto rendimento e alla possibilità di integrazione con altri componenti elettronici, l’economicità rappresenta un requisito fondamentale. La produzione dei wafer è infatti oggi altamente automatizzata e ha raggiunto prezzi ragionevolmente bassi; tuttavia applicare componenti ottici su un substrato di silicio e regolarne la connettività ottica (necessaria a portare l’informazione da e verso il chip) restano operazioni tutt’altro che semplici. Normalmente, le guide ottiche su wafer di silicio hanno infatti una larghezza da 200 a 400 nm, molto più piccole quindi delle classiche fibre ottiche mono-modali in vetro che hanno un core di circa 9 μm.

Produzione ed ispezione di chip fotonici

Figura 1: Soluzione automatizzata per produzione ed ispezione di chip fotonici: il sistema integra l’hardware e il software per l’automazione dell’assemblaggio e dell’allineamento tra cui tecnologie robot per il pick-and-place, strumenti per il posizionamento di precisione e analisi di immagine (Immagine: PI)

Aprire la strada verso produzioni di massa ottimizzate nei costi significa automatizzare le operazioni di posizionamento affiancandovi sistemi di visione artificiale e misura diretta. La gestione di un tale sistema è una vera sfida e richiede massima precisione nelle operazioni di manipolazione, posizionamento e aggiustamento ed una velocità di produzione tale da poter servire il mercato di massa.

PI miCos ha raccolto questa sfida sviluppando dalle tecnologie presenti in casa una macchina di assemblaggio e allineamento di componenti fotonici. Il risultato è un sistema chiavi in mano (Fig. 1) adattabile facilmente alle varie richieste applicative e in grado di assemblare su un chip di silicio un package ceramico con componenti ottici posizionati con accuratezza sub-micrometrica.

Nano-posizionamento, Analisi di Immagine e Robotica

Quattro blocchi distinti (Fig. 2) implementano questo complesso banco di allineamento e assemblaggio: micro e nano-posizionamento, visione artificiale, robotica per il pick-and-place e software dedicato con interfaccia grafica utente. Il robot, guidato dal sistema di visione, preleva i componenti e li posa nell’holder intermedio. I componenti fotonici sono poi sistemati con accuratezza micrometrica sul substrato di silicio utilizzando un sistema di elaborazione immagini ad alta risoluzione nello spettro del visibile e dell’infrarosso ad onda corta (SWIR).

Banco di allineamento e assemblaggio

Figura 2: Sistema SpaceFAB per l’aggiustamento fine (I), software dedicato e interfaccia utente (II), sistema industriale di imaging (III) e robotica standard per il pick-and-place dei componenti (IV) (immagine: PI)

Ottenuta la cosiddetta “prima luce”, ovvero la condizione in cui la continuità del segnale ottico può essere misurata e monitorata, la ricerca sub-micrometrica del picco di intensità avviene ad opera di una combinazione di posizionatori lineari e robot per la micro-fabbricazione che operano su sei gradi di libertà: gli SpaceFAB di PI miCos a cinematica parallela.

La cinematica parallela

Uno SpaceFAB realizza movimenti veloci e ad alta precisione in anello chiuso grazie a slitte micrometriche (dotate di righe ottiche) in configurazione XY che muovono in maniera congiunta un’unica piattaforma tramite gambe di lunghezza costante e un’opportuna configurazione dei giunti meccanici (Fig. 3).

Agendo direttamente sulla stessa piattaforma, si evita il cumulo di errori di guida tipico dei sistemi a cinematica seriale “impilati”, migliorando perciò notevolmente l‘accuratezza. Grazie alla minore massa in movimento, anche le prestazioni dinamiche migliorano e sono costanti sui vari assi.  Non vi sono infine cavi in movimento e il sistema risulta molto più compatto.

Cinematica parallela

Figura 3: Cinematica parallela: gli attuatori agiscono su un’unica piattaforma (immagine: PI)

Il controllore dello SpaceFAB consente di definire un fulcro di rotazione arbitrario nello spazio e di mantenerlo indipendentemente dal movimento, caratteristica irrinunciabile per ottenere un aggiustamento preciso dei componenti fotonici.

Completato l’allineamento fine, segue un ciclo automatico di fissaggio con resine epossidiche e solidificazione termica o UV. Questa soluzione dedicata di pre-produzione ha una durata di processo di solo alcuni minuti, ben al di sotto dei 40 normalmente necessari in modalità manuale.

Con il loro sistema chiavi in mano, gli specialisti del nano e micro-posizionamento hanno dato un contribuito importante ad avvicinare la fotonica del silicio alle esigenze della produzione di massa. Sarà interessante seguire cosa il futuro ha in serbo.

Il Gruppo PI (Physik Instrumente)

Ben conosciuta per l’alta qualità dei suoi prodotti, PI (Physik Instrumente) è da sempre una delle aziende di riferimento nel mercato globale dei sistemi di nano-posizionamento e può vantare un’esperienza di ormai 40 anni nello sviluppo e nella fabbricazione di prodotti standard ed OEM, su tecnologie convenzionali e piezoelettriche. Quattro siti produttivi in Germania e dieci uffici all’estero dedicati alla vendita e all’assistenza fanno del Gruppo PI una consolidata realtà internazionale che, grazie al contributo di oltre 700 dipendenti qualificati, è ad oggi in grado di soddisfare qualsiasi richiesta relativa al posizionamento di precisione.

Garantire l’Affidabilità dei prodotti e dei componenti attraverso prove e misure

Cosa significa, in termini pratici, “garantire l’Affidabilità dei Prodotti e dei Componenti“?

Si tratta di applicare specifiche metodologie e utilizzare strumenti e servizi mirati alla verifica delle caratteristiche affidabilistiche dei singoli componenti e, in ultima analisi, del prodotto completo.

Proponiamo, di seguito, alcuni innovativi esempi pratici che possono chiarire efficacemente come un approccio innovativo, pianificato e sostenibile in materia di affidabilità, possa incrementare il valore competitivo delle aziende.

In questo articolo mostreremo  3 Casi Applicativi legati al tema dell’Affidabilità dei Prodotti e dei Componenti:

Durante la manifestazione AFFIDABILITÀ’ & TECNOLOGIE ci sarà la possibilità per tutti i Visitatori di accedere ad esempi reali di Casi Applicativi direttamente presso gli stand degli Espositori e approfondire le tematiche di maggiore interesse. L’appuntamento da non perdere è a Torino al Lingotto Fiere il 22-23 Aprile 2015!

ISCRIVITI COME VISITATORE

DIVENTA ESPOSITORE

 

 

 

 


 

Prove di crash a garanzia dell’affidabilità dei nuovi materiali

LIA – Istituto per le Costruzioni Automobilistiche Leggere – Università di Paderborn (Germania)

L’automobile è attualmente in fase di essere reinventata. I nuovi concetti di propulsione non sono l’unica causa che sta rivoluzionando la produzione degli autoveicoli: un ruolo decisivo viene giocato anche dall’impiego di materiali innovativi e particolarmente leggeri.
Dai materiali compositi a fibre, a quelli ibridi e ai materiali metallici a resistenza ultra elevata, tutti hanno una cosa in comune: sono più leggeri degli acciai formati a freddo, usati in passato, e ciò rende possibile lo sviluppo e la produzione di automobili più leggere e, in definitiva, più economiche.
Il LIA – Institute for Lightweight Construction in Automobiles (LIA) Istituto per le Costruzioni Automobilistiche Leggere dell’Università di Paderborn (Germania) esamina e sviluppa i concetti di costruzioni leggere con l’impiego di nuovi materiali. L’Istituto effettua sequenze di prove quasi statiche, cicliche e altamente dinamiche per verificare i gruppi di componenti e i concetti dei materiali.

Banco prova crash dei componenti 

Il LIA dispone di numerose strutture di prova, fra le quali un banco prova crash dei componenti realizzato in casa, utilizzabile per l’analisi delle prestazioni del crash a velocità fino a 25 m/s e con energia di 32 kJ, che può anche essere usato per l’analisi della deformazione dei componenti, per prove rapide di carico fino a rottura, per prove di coppettazione altamente dinamiche e altro ancora. Per l’analisi delle serie di prove, si possono utilizzare due telecamere ad alta velocità, con frequenza di fotogrammi fino a 100 kHz.
Per garantire l’efficace valutazione e analisi del processo di crash, si devono misurare la risposta della forza sulla piastra di serraggio o sulla slitta, la curva dello spostamento e la velocità d’impatto della slitta.
In definitiva, ogni banco prova è tanto valido quanto lo sono i sistemi di acquisizione dati di misura da esso impiegati. Per tale ragione il LIA si affida al sistema di acquisizione dati di misura GEN5i della HBM, per registrare e analizzare i dati di misura rilevati. I vantaggi di tale sistema comprendono le elevatissime cadenze di campionamento, l’elevato livello di sicurezza dei dati e la loro rapida elaborazione nel software Perception, in esso integrato.

Sistema di acquisizione dati di misura GEN5i

sistema-acquisizione-dati-misura-gen5iIl sistema di acquisizione dati GEN5i è un laboratorio di prova completo e portatile, poiché comprende tutti i componenti necessari a svolgere complessi compiti di misura. Esso dispone dell’intera catena di misura, dall’amplificatore d’ingresso al filtro, alla scelta della sequenza di misura con regolazione della cadenza di campionamento e degli eventi di trigger, pre-elaborazione, analisi e salvataggio dei dati misurati.
L’elettronica di misura del GEN5i cattura anche i picchi transitori e d’interferenza. Grazie alla sua grande memoria per transitori con capacità di 9 giga-campionamenti, si possono registrare facilmente e rapidamente ampie serie di prove.

Torna a Elenco Casi Applicativi


La tomografia industriale: cos’è e a cosa serve?

TEC-EUROLAB srl

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=acE7zP8211k?t=1m55s]

La tomografia industriale è un metodo di controllo non distruttivo. È l’evoluzione naturale della radioscopia e della radiografia digitale e rende disponibile il volume tridimensionale dell’oggetto analizzato, anziché semplicemente l’immagine 2D proiettata; ciò consente di effettuare rilievi quantitativi oltre che qualitativi. In particolare, avendo a disposizione l’immagine tridimensionale del componente, sarà poi possibile analizzarne le singole sezioni vedendo ogni particolare interno. Per quanto riguarda i difetti, le caratteristiche dimensionali e le geometrie interne ed esterne.

La tomografia industriale: a cosa serve

La tomografia industriale risulta uno strumento molto potente, in grado di supportare le imprese nella realizzazione di nuovi prodotti: essa permette di effettuare indagini, nella fase di ricerca e sviluppo, sui primi prototipi realizzati e sulle prime pre-serie, fino alla messa a punto dei processi produttivi, controllando a tappeto l’eventuale produzione. Nei servizi avanzati, ad esempio l’engineering, la tomografia industriale rappresenta uno strumento molto utile per il recupero di informazioni considerate perdute: ad esempio, nell’ambito della stampistica (quando si siano persi i disegni) o nel comparison della matematica di un oggetto realizzato al computer. Infine la tomografia si integra molto bene con servizi avanzati, come la failure analyisis, permettendo di ottenere un quadro d’insieme della problematica dei componenti, ancora prima di effettuare tagli per rimuovere parte di materiale da sottoporre ad analisi, e di conservare l’informazione acquisita per eventuali successive indagini.

Torna a Elenco Casi Applicativi


Ispezione ottica di componenti elettronici in un sistema di collaudo d’avanguardia

KEYENCE ITALIA SpA

“Il ruolo dei sistemi di controllo è importantissimo. Posti alla fine della linea produttiva, la fase più critica e al tempo stesso più importante, i sistemi di controllo hanno il compito di qualificare i componenti. Solo dopo aver superato il collaudo i componenti funzionanti vanno immessi sul mercato”.  Una responsabilità che richiede le migliori soluzioni tecnologiche e ingegneristiche.

ispezione-ottica-keyenceCon queste premesse andiamo a scoprire un po’ meglio un caso applicativo – si tratta di una soluzione costruita per uno dei big mondiali dell’elettronica – e relative tecnologie utilizzate dalla SPEA di Volpiano – Torino – oggi uno dei più importanti produttori di macchine per le industrie elettroniche e dei semiconduttori a livello mondiale.

Recentemente SPEA ha realizzato una nuova MEMS Test Cell, ovvero una macchina pick-and-place con tester incorporato utilizzata per il collaudo ad alti volumi di questi particolari dispositivi elettromeccanici. Questo sistema integrato esegue un collaudo completo (meccanico, elettrico e ottico) dei componenti, verificandone al contempo il corretto posizionamento nella sezione d’ingresso e l’appartenenza al giusto lotto di produzione, identificandoli attraverso la lettura dei caratteri su di essi impressi. In seguito alla lettura, ogni componente viene catalogato. Con il controllo ottico è quindi possibile conoscere la morfologia del buffer d’ingresso: il numero dei componenti presenti, il loro orientamento, il loro lotto di appartenenza.

30.000 componenti/ora 

La capacità della macchina, velocemente riconfigurabile, può arrivare a 30.000 componenti/ora. Kit di conversione permettono di gestire con semplicità sia package standard sia customizzati.

Il sistema è in funzione dall’estate del 2012, con una produttività di circa 500.000 misure al giorno. Il tasso di errore è dello 0,005% circa

“Il nostro vincolo tecnico principale era quello di fornire un tester ottico veloce e affidabile”, spiega l’ingegner Cordero, Responsabile Progettazione Sistemi Ottici presso SPEA.

L’ispezione ottica assicura un’elevata affidabilità ed è eseguita quando i componenti sono posti nei pocket del tray, al fine di verificare che la loro posizione e orientamento siano corretti. Dopo essere stati testati, i componenti vengono impacchettati dalla macchina e quindi commercializzati.
SPEA ha scelto la telecamera a scansione lineare XG- 8000 della KEYENCE. “Abbiamo potuto apprezzare, oltre al solido supporto tecnico del personale KEYENCE nella progettazione dell’applicazione, la robustezza dei rilevatori ottici in linea KEYENCE e la loro programmazione semplice e versatile”.
Leggi l’articolo completo: http://www.keyence.it/solutions/case-studies/spea.jsp

Torna a Elenco Casi Applicativi

Affidabilità: il fattore chiave per essere i migliori

Intervista a Luciano Bonaria (Presidente e Direttore Generale – SPEA)

Luciano Bonaria  Presidente e Direttore Generale  SPEA

Luciano Bonaria
Presidente e Direttore Generale
SPEA

È con grande piacere che cogliamo la disponibilità di SPEA, società leader nella produzione di sistemi di testing per schede e apparati elettronici, a portare un suo contributo informativo nel contesto di A&T. SPEA è fornitore di sistemi per il test in elettronica, prima in Europa e terza nel Mondo per fatturato, come ci racconta Luciano Bonaria, presidente dell’azienda di Volpiano (TO).

Dott. Bonaria, dal suo osservatorio di fornitore di aziende elettroniche di alta fascia, qual è la situazione di mercato oggi?

“Poco tempo fa esisteva un mercato molto più ampio e diversificato, che offriva maggiori opportunità alle aziende manifatturiere o fornitrici di tecnologie, poiché più numerosi erano i grandi gruppi che facevano le grandi quote di mercato. Oggi tutto è cambiato ed esistono poche grandi Aziende eccellenti che monopolizzano interi settori merceologici. Ad esempio, nel settore della telefonia mobile e dei tablet, che genera incrementi di fatturato a due cifre e muove enormi volumi economici, i grandi attori sono sostanzialmente due: i loro fornitori devono soddisfare  requisiti di assoluta eccellenza e così, a valle,  anche tutti i subfornitori operanti in quella filiera. Chi non è in grado di essere il miglior fornitore per il proprio cliente, non può entrare in queste filiere produttive”.

spea1

Giroscopi MEMS 2x2x0.8 mm

Ma allora, a breve, non ci sono più speranze per le PMI?

“Tutt’altro. Ma per rimanere sul “carro di successo”, quello che ad esempio porta ad acquisire clienti esteri, pronti a riconoscere il giusto prezzo ai propri fornitori, l’unica strada percorribile è quella dell’eccellenza. La SPEA è stata capace di acquisire clienti di primaria importanza fra i produttori di MEMS, quali Bosch o STMicroelectronics, perché in grado di offrire loro le migliori soluzioni di test su scala mondiale. Queste grandi aziende hanno grandi margini di utile ma non possono permettersi di subire i danni causati da guasti imprevisti. La mancanza di affidabilità è, soprattutto per prodotti di largo consumo come la telefonia mobile o i tablet, un plus di fondamentale importanza anche per il marketing. Si immagina quali danni di enormi proporzioni provocherebbe ai Big del settore una banale scheda difettosa, magari di bassissimo costo?”

È come dire che l’affidabilità dei due principali fornitori al mondo di telefonia mobile è garantita

Il sistema SPEA ad altissima  produttività per il collaudo  automatico di schede elettroniche.

Il sistema SPEA ad altissima
produttività per il collaudo
automatico di schede elettroniche.

da un’azienda italiana! E allora, su cosa occorre puntare per acquisire clienti importanti? 

“Le aziende di successo che producono apparecchi elettronici vogliono i migliori componenti e strumenti disponibili sul mercato, nel minore tempo possibile: esse cercano, in sostanza, partner capaci di risolvere speciifici problemi con la massima efficienza. Ciò significa, in pratica, costruirsi una propria filiera che comprende i migliori fornitori presenti sul mercato. Per farne parte, quindi, occorre puntare soprattutto sulle risorse umane, avendo ben chiaro che il focus è sempre e soltanto il Cliente.”

SPEA e ricerca: qual è il vostro rapporto con l’Università?

“Con il Politecnico di Torino abbiamo in corso importanti collaborazioni, indispensabili per potenziare ulteriormente alcuni aspetti delle nostre tecnologie, che è possibile migliorare solo con il supporto della ricerca: ad esempio ,lo studio di nuovi specifici algoritmi, ambito nel quale il  Politecnico è all’avanguardia e nel quale da tempo è in atto una preziosa e proficua collaborazione con la nostra società.”

La prossima edizione di A&T vede SPEA nella veste di Main Partner come pensate di proporvi nel contesto della manifestazione?

“A&T è una manifestazione che pone l’accento sul tema dell’affidabilità e questa mi pare una scelta ottima e corretta, che va promossa in maniera ampia perché è di basilare importanza per tutte le aziende che vogliono mantenere il proprio successo sul mercato. Sicuramente porteremo una testimonianza tecnica nel contesto di un convegno A&T dedicato all’affidabilità nell’elettronica e, per quanto possibile, contribuiremo a favorire la partecipazione alla manifestazione”.