Fabrication of low temperature co-fired ceramic (LTCC) based sensor and micro-fluidic structures

Fabricación de sensores y estructuras microfluídicas a baja temperatura a base de cerámica cocida (LTCC)

La tecnología de baja temperatura de co-cocción para cerámicas (low temperature co-fired ceramic, LTCC) ha llamado considerablemente la atención en la última década para la fabricación de sensores y dispositivos para microflujo. Aunque las láminas LTCC planares estructurales parecen sencillas –las cuales son procesadas y sometidas a serigrafía (screen-print) con películas delgadas–, se pueden encontrar problemas importantes una vez se desea incorporar características básicas de sensores como cavidades y microcanales dentro del módulo del sensor.

Por ello, este estudio se orienta a cumplir dos objetivos principales: desarrollar una técnica avanzada para la fabricación de cavidades integradas y bien definidas en LTCC, así como la producción de sensores novedosos usando nuevos parámetros de diseño y sistemas de materiales compatibles.

Con respecto al primer objetivo, se desarrollaron pastas de sacrificio de grafito que fueron sometidas a serigrafía sobre LTCC, apiladas con capas adicionales y cocidas. Se formaron las cavidades por la remoción de las pastas de sacrificio durante distintas etapas de la cocción, y el grafito se oxidó durante la sinterización del módulo LTCC. Para el segundo objetivo, se cubrió la fabricación de sensores LTCC novedosos como alternativa a aquellos fabricados en alúmina.

Se realizaron aplicaciones de dispositivos prometedores usando propiedades distintivas de la LTCC, tales como la baja conductividad térmica (un orden de magnitud menor que la alúmina), flexibilidad de diseño, finos grosores de sustrato (40 mm), bajo módulo de elasticidad, entre otros. Así, se demostró que los tres sensores de LTCC detectaron viscosidad de gases, fuerza e inclinación. Aquí se explican en detalle principios físicos, selección de materiales, procedimiento de fabricación y desempeño.

A ceramic tile inspection system for detecting corner defects

Un sistema de inspección de baldosas de cerámica para detectar defectos en las esquinas

En años recientes, los sistemas automáticos de inspección visual se han convertido en herramientas útiles en los procesos industriales. Se emplean para detectar fallos de funcionamiento durante el proceso de fabricación y el control de calidad de producto. Las estadísticas industriales muestran que 90% de los defectos de las baldosas de cerámica se localizan en las esquinas y que son causados por las pérdidas de material resultante de la manipulación en las primeras etapas de fabricación.

En este trabajo se presenta un sistema de inspección de baldosas desarrollado en colaboración con un fabricante de este producto. El sistema se enfoca en la inspección de un tipo específico de defecto: las esquinas de las baldosas. Fue desarrollado para incluirse justo antes de la entrada al horno, en el momento en que la baldosa es aún un material delicado.

La ventaja de utilizar este prototipo de inspección es doble. Por una parte, cada baldosa se inspecciona automáticamente y se avisa a los operarios de la planta cuando la proporción de defectos en baldosas aumenta por encima del nivel de alarma; con ello, se pueden solucionar anticipadamente los malfuncionamientos en los procesos intermedios y aumentar la calidad promedio. En segundo lugar, cuando se inspeccionan las baldosas antes de la cocción, las muestras defectuosas pueden reciclarse. Ambas ventajas reducen los costos de producción y el impacto ambiental.