Mediciones de vibración mecánicas en microdispositivos con el vibrómetro láser

La caracterización dinámica experimental de microdispositivos como los MEMS se están volviendo cada vez más importante. Más aún en áreas de investigación y desarrollo, así como en mediciones rutinarias a nivel de oblea.

Se requiere una alta resolución dentro del plano para calificar nuevos dispositivos MEMS.

El vibrómetro láser se ha establecido como una herramienta esencial para dichas mediciones. Esto debido a que la frecuencia completa del espectro se obtiene en tiempo real, de manera no invasiva y en fase resuelta. Por lo tanto, la respuesta transitoria, las características de sedimentación y cualquier forma de onda de vibración pueden ser investigadas rápida y fácilmente. (No solo el movimiento periódico).

El vibrómetro láser Doppler ha sido aceptado como método estándar para el estudio de vibraciones mecánicas. Tanto en componentes de objetos de tamaño macro en tiempo real, dentro y fuera del plano 3D. Por otro lado, para los microsistemas este enfoque estaba restringido hasta ahora para mediciones de vibración fuera del plano (OOP). Los microsistemas requieren una adquisición y análisis simultáneo de tres direcciones de movimiento. Del mismo modo sucede con otros objetos pequeños con patrones de movimiento complejos. En el pasado, el movimiento dentro del plano de microsistemas era capturado usando métodos relativamente lentos e ineficaces. Estos se basaban en el procesamiento de imágenes a alta velocidad. Por ejemplo: la microscopía de vídeo estroboscópico con una resolución limitada al intervalo nm. Regularmente se requiere una alta resolución dentro del plano para calificar nuevos dispositivos MEMS.

Nuevo sistema de análisis micro MSA-100 3D 

 

Sistema de medición MSA-100-3D

El MSA-100-3D es un nuevo sistema de medición de Polytec que reúne los requerimientos para mediciones en MEMS dentro del plano. Este sistema usa un enfoque revolucionario del Vibrómetro láser Doppler. La vibración se mide simultáneamente desde tres direcciones diferentes. Con el propósito de obtener datos genuinos de vibración en 3D en tiempo real con una resolución dentro del plano debajo del nivel del sub-picómetro (pm). Para MEMS R&D esto es extremadamente importante dado que muchos dispositivos MEMS poseen componentes de movimiento dominantes dentro del plano del dispositivo, como es el caso de los acelerómetros y los sensores del giroscopio.

Realizar mediciones de alta resolución espacial en objetos de pequeñas dimensiones no es ningún problema gracias al láser con un tamaño de punto de < 4 µm. La amplia distancia de separación del nuevo instrumento facilita las mediciones en muestras profundas de estructuras. Dos cámaras integradas brindan imágenes nítidas en tiempo real que simplifican y aceleran la instalación de sistemas. Un hardware de amplio intervalo y varias opciones de software adaptan al instrumento para necesidades de aplicación específicas. Adicionalmente, se pueden conseguir fácilmente mediciones de campo completo de formas de deflexión en 3D con una opción de escaneo.

El MSA-100-3D está disponible en diferentes configuraciones con un ancho de banda de hasta 25 MHz.

 

Ejemplo típico de visualización de los modos dentro y fuera del plano de un dispositivo de soporte MEMS.

 

El MSA-100-3D se puede integrar dentro de una estación de prueba semi-automatizada o automatizada de MEMS a nivel de oblea. El trabajo de larga distancia y la forma especial del instrumento hacen que el instrumento sea ideal para mediciones en estaciones de prueba al vacío. Junto con una compensación extraíble de vidrio.

Esta innovadora solución facilita nuevas oportunidades para el desarrollo y pruebas de dispositivos MEMS.

Así como de otros componentes mecánicos pequeños de gran precisión. Por ejemplo, de la industria de almacenamiento de datos o en otros campos como la entomología.

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Referencia: How do Micro-structures Vibrate?, Revista Infocus, Polytec Issue 2014 (8-9), Optical Measurement http://www.polytec.com/us/news/infocus-magazine


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