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Adopción masiva de tecnologías láser para la fabricación de semiconductores
Los fabricantes de semiconductores disponen hoy en día de una amplia variedad de tecnologías láser que permiten el desarrollo de procesos innovadores de fabricación de semiconductores. Según Yole Développement (Yole), el mercado de los equipos láser crecerá a una tasa de crecimiento del 15% CAGR entre 2016 y 2022 y debería alcanzar más de 4000 millones de dólares para 2022 (excluyendo el marcado). Estas cifras muestran la adopción masiva de tecnologías láser para los procesos de fabricación de semiconductores.
En su último informe titulado Laser Technologies for Semiconductor Manufacturing, la compañía consultora de investigación de mercado y estrategia detalla el estado de esta industria, impulsada principalmente por el troquelado, a través de perforaciones y patrones en PCB flex y PCB HDI, sustratos de CI y procesamiento de dispositivos semiconductores.
El informe de Yole Laser Technologies for Semiconductor Manufacturing proporciona un análisis exhaustivo de los diferentes equipos láser existentes y soluciones de fuentes láser desarrolladas para los pasos del proceso de semiconductores. Se trata de un análisis exhaustivo que resalta el nivel de madurez de cada tipo de láser, basado en una hoja de ruta técnica hasta el año 2022. Con este nuevo informe, los analistas de Yole ofrecen un claro entendimiento de los beneficios de las tecnologías láser y el valor agregado para cada proceso de fabricación.
El informe Laser Technologies for Semiconductor Manufacturing es el primero de una amplia colección de informes que Yole publicará en los próximos meses. Además, su 1st Executive Forum on Laser Technologies, que se lleva a cabo en Shenzhen, China, acogiendo a más de 100 asistentes, la empresa de investigación de mercado y consultoría estratégica «More than Moore» Yole confirma la expansión de sus actividades hacia las soluciones basadas en láser. Tecnologías, hojas de ruta, métricas de mercado, cadena de suministro, panorama competitivo, cuotas de mercado y mucho más. Todos estos temas serán descritos y analizados a fondo en los informes de mercado y tecnología láser de Yole.
Hoy en día, las aplicaciones de láser en la industria de los semiconductores son amplias y diversificadas. Varias tecnologías láser han comenzado a integrarse en los principales procesos de semiconductores, incluyendo el corte por láser, perforación, soldadura/adhesión, despegues, marcado, estampado, marcado, medición, deposición, y control por placas madre. Se utilizan para procesar dispositivos semiconductores, placas de circuito impreso flexibles y HDI, así como en aplicaciones de embalaje IC.
Los controladores de los métodos láser difieren de un paso del proceso a otro. Sin embargo, existen controladores similares y comunes para la aplicabilidad de los láseres a las aplicaciones de procesamiento de semiconductores y PCB. Las tendencias clave que impulsan la aplicabilidad del láser y contribuyen a su crecimiento son:
- El deseo de reducir el tamaño del troquel y, por lo tanto, de miniaturizar aún más los dispositivos accionados por ordenadores, dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles, tabletas y lectores de libros electrónicos, dispositivos portátiles y electrónica de consumo.
- Demanda de mayor rendimiento y rendimiento.
- Mejor calidad de troquelado.
- La necesidad de inspeccionar vacíos y partículas a través de un material transparente como el vidrio, que requiere el uso de métodos láser.
- Recocido por láser para una gran flexibilidad.
Sin embargo, la elección del tipo de procesamiento láser más adecuado depende en gran medida del material a procesar, los parámetros de procesamiento y el paso del proceso de fabricación.
El tipo de láser se define por parámetros como la longitud de onda, la emisión de luz UV, verde o IR, por ejemplo, así como la duración del pulso, por ejemplo, nanosegundo, picosegundo o femtosegundo. Los usuarios deben considerar qué longitud de pulso y longitud de onda es la correcta para su etapa de proceso y aplicación en semiconductores.
Los láseres de Nanosegundos son el tipo de láser más comúnmente utilizado en la fabricación de semiconductores y en el procesamiento de PCB, con una cuota de mercado superior al 60%. Les siguen los láseres de picosegundos, CO2 y femtosegundos. En el caso del paso de troquelado, la elección del tipo láser también depende del material y del sustrato a trocear. Para materiales de baja constante dieléctrica (baja k) se utilizan láseres UV de nanosegundos y picosegundos para optimizar la absorción óptica. Los láseres de infrarrojos Picosegundo y femtosegundo se utilizan típicamente para cortar sustratos de vidrio y zafiro, pero no para sustratos de SiC aislantes.
En la perforación, el tipo de láser empleado depende del sustrato. Los láseres UV de Nanosegundo se emplean generalmente en PCB flexibles, mientras que los láseres de CO2 se aplican en gran medida para sustratos de PCB HDI e IC. Sin embargo, para los sustratos de CI, la elección entre láser de CO2 y láser de nanosegundo o picosegundo UV depende de los diámetros de vía. Por debajo de los diámetros de 20 microm, la industria tiende a utilizar láseres UV de picosegundo, que son mucho más caros que los láseres UV de nanosegundo, pero que ofrecen una calidad superior.
En términos generales, el CO2 es la solución láser más barata y rápida y se utiliza en lugar de los láseres de estado sólido de nanosegundos, picosegundos o femtosegundos para cortar en cuadraditos, taladrar, estampar, marcar para aplicaciones que requieren alta potencia y no se preocupan por el daño por calor o la anchura de corte. Sin embargo, el CO2 es limitado cuando se necesitan características pequeñas. Los láseres de Nanosegundos son actualmente la tecnología dominante, pero los láseres de picosegundos y femtosegundos podrían avanzar en el mercado de equipos de corte láser. Sin embargo, la implementación del láser femtosegundo es más compleja y costosa.
El informe láser de Yole proporcionará una visión general completa del equipamiento láser y las fuentes láser utilizadas para cada aplicación de los pasos del procesamiento de semiconductores, junto con un análisis detallado de las tendencias de la tecnología láser y una previsión del mercado. También ofrecerá un análisis detallado del mercado de equipos láser por volumen y valor, su crecimiento para el período 2016-2022, y su desglose por tipo de láser y aplicación de pasos de proceso.
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Muere Charles Townes, inventor del láser
Nacido, hace 99 años, en Carolina del Sur, Townes se licenció en física en 1936 y llegó a ser profesor en la Universidad de Columbia en 1950; en aquellos momentos las mentes pensantes mas importantes del mundo de la física se enfrentaban al problema de llevar los máser de la teoría a la realidad. Un máser es un amplificador de microondas, de la misma manera que un láser es un amplificador de luz.
Por eso cuando finalmente, y a pesar de las críticas, Townes consiguió fabricar el primer máser en 1953, se abrió la puerta a sucesivos estudios que llevaban el concepto mas allá. El aparato usaba amoniaco para producir una amplificación de microondas hasta los 24 GHz. Fue un trabajo tan importante que le supuso ganar el premio Nobel de Física en 1964 junto con Nikolay Basov y Alexander Prokhorov.
Y es que en base a los máser se pudo aplicar el mismo concepto a la luz para crear los láser. Y desde entonces usamos los láser como una herramienta para todo, desde la comunicación hasta medicina, pasando por los usos militares cada vez mas frecuentes. La influencia que tiene Charles Townes en la física aplicada actual es imposible de medir.
Fuente: omicrono
Nueva fuente de emisión eficiente a frecuencia de Terahercios
Investigadores han desarrollado un láser basado en fuentes de radiación de terahercios que es excepcionalmente eficiente y menos propenso a daños que los sistemas similares. La tecnología podría ser útil en aplicaciones como la detección de trazas de gases o imágenes de armas en controles de seguridad.
JILA es un instituto conjunto del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU. (NIST) y la Universidad de Colorado en Boulder (EE.UU.).
La radiación de Terahercios – que se halla entre las bandas de radio y óptica del espectro electromagnético – penetra materiales como ropa y plástico, y se puede utilizar para detectar muchas sustancias que tienen características únicas de absorción en estas longitudes de onda. Los sistemas de Terahercios son difíciles de construir, ya que requieren una combinación de métodos electrónicos y ópticos.
La tecnología JILA, que se describe en Optics Letters, es un nuevo giro en una fuente de terahercios común, un semiconductor superficial con electrodos de metal y excitado por pulsos láser ultrarrápidos. Un campo eléctrico se aplica a través del semiconductor, mientras que pulsos en el infrarrojo cercano duran unos 70 femtosegundos, se producen 89 000 000 de veces por segundo lugar, desalojando electrones del semiconductor. Los electrones se aceleran en el campo eléctrico y emiten ondas de radiación de Terahercios.
Las innovaciones JILA eliminar dos problemas conocidos con estos dispositivos. Añadiendo una capa de aislante de óxido de silicio entre el semiconductor de arseniuro de galio y los electrodos de oro, se impide que los electrones queden atrapados en defectos de los cristales semiconductores produciendo picos en el campo eléctrico. Haciendo que el campo eléctrico oscile rápidamente mediante la aplicación de una señal de radiofrecuencia se garantiza que los electrones generados por la luz no puede reaccionar con la suficiente rapidez para cancelar el campo eléctrico.
El resultado es un campo eléctrico uniforme sobre un área grande, lo que permite el uso de un láser de gran tamaño de punto de haz y la mejora de la eficiencia del sistema. Significativamente, los usuarios pueden aumentar la potencia a terahercios aumentando la potencia óptica sin dañar el semiconductor. Daños en la muestra fue común con sistemas anteriores, incluso a baja potencia. Entre otras ventajas, la nueva técnica no requiere una muestra modelada al microscopio o electrónica de alto voltaje. El sistema produce un campo Terahercios pico (de 20 voltios por centímetro para una potencia de entrada de 160 milivatios) comparable a la de otros métodos.
Si bien hay un número de maneras diferentes para generar la radiación de terahercios, los sistemas que utilizan láseres ultrarrápidos y semiconductores son de importancia comercial, ya que ofrecen una combinación inusual de amplia gama de frecuencias, frecuencias altas, y la salida de alta intensidad.
NIST ha solicitado una patente provisional sobre la nueva tecnología. Actualmente, el sistema utiliza un láser basado en un gran cristal de zafiro dopado con titanio, pero podría ser más compacto con el uso de un semiconductor diferente y un láser de fibra más pequeños, dice el autor principal, Steven Cundiff, físico del NIST.
Fuente: ScienceDaily
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Enlaces de interés:
– Apuntes Introducción a la Informática. GAP. UMU. Redes y comunicaciones
– Observa las ondas electromagnéticas de un horno microondas
– Apuntes Introduccion a la Informática. GAP. UMU. La Información
Nuevos láseres de germanio
Es el primer láser de germanio capaz de emitir en longitudes de onda útiles para las comunicaciones ópticas. Es también el primero que opera a temperatura ambiente. Este nuevo láser es muy prometedor para la computación óptica, y además demuestra que los semiconductores de banda prohibida indirecta («indirect-bandgap») pueden producir láseres de uso práctico.
«Este láser está diseñado con una física totalmente nueva», dijo Lionel C. Kimerling del MIT, cuyo Grupo de Investigación de Materiales Electrónicos desarrolló el láser de germanio. Kimerling es profesor Thomas Lord de ciencia de los materiales e ingeniería. El equipo de investigación publicó sus resultados en Optics Letters de enero 2010.
Anteriormente, se creía que los semiconductores banda prohibida indirecta no se podían utilizar para los láseres prácticos. Dentro de los cristales de semiconductores, un electrón excitado se libera y entra en la banda de conducción para que pueda moverse libremente por todo el cristal. Pero ese electrón excitado estará en uno de dos estados: en el primero, se libera energía extra en forma de fotón, en el segundo, la energía adicional se libera de otra manera, calor por ejemplo.
En los materiales de banda prohibida directa, el primero, el estado en que emiten fotones es un estado de menor energía que el segundo estado, en materiales de banda prohibida indirecta, ocurre lo contrario. Y debido a que un electrón excitado podría ocupar el estado de menor energía disponible, entonces tiende a entrar en el estado de emisión de fotones en materiales de banda prohibida directa como el arseniuro de galio, pero no en materiales de banda prohibida indirecta como el germanio.
«En semiconductores de banda prohibida indirecta, hay una discrepancia de cantidad de movimiento entre los electrones de conducción indirecta en los valles y los agujeros en la banda de valencia», dijo el autor principal Jifeng Liu, un asociado postdoctoral que es coautor del artículo con Kimerling, Jurgen Michel, el investigador principal del grupo investigador, y los estudiantes graduados Xiaochen Sun y Rodolfo Camacho Aguilera.
«Desde cualquier transición se necesita conservar el impulso, la emisión de luz no puede suceder en los semiconductores de banda prohibida indirecta a menos que los electrones pasen a conseguir una cantidad adecuada de impulso de las ondas de las vibraciones atómicas en el material, conocidas como fonones, para compensar este desajuste «, dijo Liu.
«Es similar a la situación de los pingüinos a la espera de coger la ola del mar adecuada para saltar sobre un iceberg. Por lo tanto, la emisión de luz en semiconductores de banda prohibida indirecta es muy ineficiente, por lo que estos materiales son considerados inadecuados para los láseres. Históricamente, los científicos han evitado el uso de materiales de banda prohibida indirecta para dispositivos emisores de luz «.
Para el nuevo láser, Liu y sus colaboradores forzaron a los electrones excitados del germanio en el -estado de emisión- del fotón al estado de mayor energía, utilizando dos estrategias comunes para la fabricación de circuitos integrados («chips»).
En el primer enfoque, el grupo dopó germanio con fósforo, que tiene cinco electrones externos, el germanio sólo tiene cuatro. Este electrón extra llenó el estado de menor energía en la banda de conducción, impulsando a los electrones excitados a «desbordarse» en el estado de mayor energíay a emitir fotones.
En la segunda estrategia, el equipo de investigadores «tensó» el germanio, dejando sus átomos un poco más separados de lo que es habitual. Para ello, crecieron el germanio directamente encima de una capa de silicio, lo que redujo la diferencia de energía entre los dos estados, lo que permite a los electrones excitados desbordarse hacia el estado de emisión de fotones en lugar de liberar su energía extra de otra manera.
Por lo tanto, atrajeron a los electrones al estado de emisión de fotones y produjeron un láser con semiconductores de banda prohibida indirecta.
Para la computación óptica, es fundamental desarrollar formas prácticas baratas, para integrar los componentes ópticos y electrónicos en los chips de silicio. Los láseres utilizados actualmente para los sistemas de comunicaciones deben ser construido por separado de materiales caros como el arseniuro de galio y luego injertados en chips de silicio, un proceso que tarda más tiempo y es más costoso que si se construye directamente sobre el propio silicio.
El Germanio, cabe señalar – a diferencia de materiales típicos de láser – es fácil de usar en los actuales procesos de fabricación de chips de silicio. Liu dijo que el germanio y silicio están en el mismo grupo en la tabla periódica y tienen la misma estructura cristalina e igual número de electrones de valencia. «Por lo tanto, el germanio introducido directamente en los chips de silicio no provoca contaminación dopante a los actuales dispositivos de transistores de silicio láser tales como sucede con materiales típicos como el GaAs».
«Hay dos pasos importantes en el desarrollo de esta tecnología», dijo. «En primer lugar, vamos a desarrollar diodos láser de germanio que están directamente alimentados por corriente eléctrica. De hecho, hemos mostrado el año pasado el primer diodo de germanio emisor de luz sobre silicio, por lo que creemos que un diodo láser bombeado eléctricamente se puede lograr con el diseño mejorado de los dispositivos. En segundo lugar, aumentar aún más el nivel de dopaje en el germanio para aumentar su eficiencia. Hemos encontrado algunos buenos métodos para lograr este objetivo, pero no puedo revelarlos todavía, debido a cuestiones de propiedad «.
Fuente: Photonics
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Enlaces de interés:
– Hoy, 16 de mayo, se cumplen los 50 años del descubrimiento del láser por Maiman
– Láser – Wikipedia, la enciclopedia libre
– La Tecnología Láser Identifica Billetes Falsificados
– Nuevas pantallas de TV láser
– Las uñas, sistema de almacenamiento óptico
– Apuntes Introducción a la Informática. Periféricos de un ordenador
Nuevas pantallas de TV láser
Mitsubishi Digital Electonics America Inc, anunció que tenía lista para comercializar televisores láser. Denominados LaserVue, ilumina la pantalla con la luz láser roja, verde y azul de pureza de color muy elevada, en vez de las bombillas blancas que producen colores brillantes con una gama mucho más amplia de color. También se anuncia que es mucho más eficiente que las pantallas estándar LCD y de plasma, porque los lasers producen la luz en un rango estrecho de longitud de onda de cada color primario en vez de tener que filtrar hacia las longitudes de onda requeridas el espectro blanco completo.
TV de Mitsubishi L65-A90 tiene un perfil delgado y muestra colores brillantes mientras que consume solamente una fracción de la energía de una pantalla LCD o de plasma.
Utiliza los lasers clasificados como clase 1 en una pantalla digital de proyección. Los rayos laser, muy precisos, generan una resolución de 1920 × 1080 pixeles y la profundidad de color es de 36 bit. El consumo de energía en funcionamiento es de 135 W, apenas una mitad de un LCD, y un cuarto el de TV de plasma.
Esta TV laser, está en la línea de productos de «cine doméstico» HDTV de Mitsubishi, es «3-D-ready». Durante varios años, la compañía ha estado desarrollando tecnología tridimensional y ha estado trabajando con los proveedores de contenidos de programas, anticipándose a la demanda del consumidor. Una exhibición tridimensional requiere entradas simultáneas de las cámaras colocadas en diversos ángulos, y es solamente recientemente cuando el ancho de banda necesario ha permitido la transmisión y procesado.
Exhibiendo imágenes en pares estéreo en una multiplicidad de ángulos de visión, la aproximación autostereoscópica de Mitsubishi significa que los espectadores ven el efecto tridimensional con los ojos sin gafas especiales, no importa dónde se sientan con respecto a la pantalla.
Fuente: Get ready for laser-powered 3-D TV (Photonics Spectra | Jun 2009)
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Enlaces relacionados:
Los riesgos para la salud de tener una impresora láser
Hace un año y medio que se prohibió totalmente fumar en los centros de trabajo por los efectos nocivos de los cigarrillos en la salud. Ahora conocemos que las impresoras láser de las oficinas también pueden tener efectos nocivos por sus emisiones equiparables a los del humo de los cigarrillos, según un estudio sobre la calidad del aire llevado acabo por la Universidad de Queensland, en Australia, liderado por la profesora Lidia Morawska.
Los tóner de estas impresoras emiten partículas que penetran en los pulmones y pueden producir problemas respiratorios y cardiovasculares, según informa Cnet News.com. El estudio se basó en una prueba de 62 modelos láser, relativamente nuevos, y descubrió que en 17 de ellos las emisiones eran altas. Utilizando el mismo sistema se descubrió que las fotocopiadoras de oficina no emitían este tipo de partículas.
Emisiones en las oficinas
Algunas de las partículas halladas son potencialmente cancerígenas, según un estudio del Sydney Morning Herald.
La primera pista de que las impresoras láser producían emisiones nocivas vino de una investigación de los sistemas de ventilación de una oficina, llevado a cabo conjuntamente por la Universidad de Queensland y el Departamento Público del Trabajo, que encontró cinco veces más partículas perjudiciales para la salud dentro de las oficinas que las producidas en una calle con tráfico intenso.
Mediante un medidor electrónico, los investigadores vieron que las emisiones encontradas se incrementaban según avanzaba el día, cuando las impresoras estaban en suspenso o a pleno rendimiento.
Tras analizar los resultados, los investigadores han pedido una regulación de las emisiones de las impresoras. El estudio incluía equipos de Canon, HP, Ricoh y Toshiba.
Fuente: ElPais.es
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