El precio y la calidad de la cámara digital dependen de las características del sensor

El sensor de una cámara fotográfica digital es la parte más importante y más compleja de todos sus componentes. Es su corazón. De él depende la calidad de la cámara y, por supuesto, su precio. Recientemente, Ciberp@ís visitó una de las principales fábricas de sensores del mundo, en Sendai, Japón, propiedad de la compañía Fujifilm.

Entrar en cualquiera de las cuatro plantas del complejo de Sendai es como cruzar el santa sanctorum del templo fotográfico digital. El trabajo aquí es de 24 horas al día, siete días a la semana. La cadena de montaje no se para nunca. Cada mes salen de aquí 700.000 cámaras digitales.

El más importante de los cuatro complejos está dirigido por Kazukiyo Tamada. A sus órdenes trabajan más de 300 ingenieros, que se encargan del diseño, los circuitos, las ópticas, los chip, los sensores CCD y el montaje final de las cámaras, impresoras, flash y la creación de los sensores para teléfonos móviles.

El proceso de fabricación de un sensor es complejo. Su principal componente es el mineral más abundante de la Tierra, el silicio, simple arena. Sin embargo, el proceso es tan complejo que más de la mitad de los sensores son rechazados por defectuosos. "Sólo 10 de cada 24 sensores de una oblea pasan todas las pruebas de calidad", explica Tamada.

Sensor versus película

El sensor es el sustituto de la película fotográfica: el encargado de recibir toda la luz (en forma de proyección de la imagen desde el objetivo) y de transformarla en impulsos eléctricos. Luego, estos impulsos eléctricos son procesados y transformados en información digital (unos y ceros) y guardados como un archivo de datos.

Toda la fotografía digital se basa en este principio de conversión de las imágenes (analógicas) en datos (digitales). Y el mayor esfuerzo siempre está enfocado al sensor. Son sus características -número y tamaño de los píxeles- los que diferencian y encarecen una cámara digital.

"La tecnología es muy sofisticada, sólo en manos de unos cuantos y se utilizan procesos de fabricación casi idénticos a los de un chip", explica Tamada. En ambos casos, se parte de una oblea de silicio de unos 15 centímetros de diámetros a la que se somete a múltiples bombardeos de productos químicos y gaseosos en hornos a alta temperatura, y al fotograbado de circuitos, entre otras muchas acciones.

El primer paso es limpiar el silicio de impurezas, tratándolo con productos químicos. Después se introduce en una cámara aislada con gas argón y se calienta hasta su grado de fusión. El proceso se realiza en las llamadas "salas limpias", clasificadas por el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en 0,028 metros cúbicos de aire.

"En un eje giratorio se coloca un cristal de silicio cristalino para que entre en contacto con el que se acaba de fundir, al mismo tiempo que gira", comenta Tamada. "El resultado es la formación de un lingote cilíndrico de silicio de hasta dos metros de largo y unos 300 milímetros de diámetro. De este lingote se cortan las obleas -0,725 milímetros- que darán lugar a los sensores. Para estos cortes tan precisos se utilizan unas hojas recubiertas de polvo de diamante. Una vez cortada la oblea hay que pulir la superficie con una emulsión abrasiva hasta que quede lisa como un espejo.

A partir de este momento el proceso consiste en ir añadiendo y eliminando capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores hasta completar un sándwich que puede llevar cientos de capas.

En la primera capa se crea óxido de silicio en un horno de oxígeno a más de 1.000 grados centígrados. La temperatura es uno de los factores que más influye en esta etapa, lo mismo que el tiempo. Cuanto más tiempo y más temperatura, mayor grosor de la capa de óxido.

Otro de los pasos es la fotolitografía: la proyección de una imagen mediante luz ultravioleta de baja longitud de onda sobre la oblea a la que se ha recubierto previamente con un líquido fotoresistente sensible a la luz parecido a una película fotográfica. Se revela y se elimina la parte que no quedó protegida de la luz.

La ionización permite alterar las propiedades de conductividad de la oblea. Mediante un implantador iónico se la bombardea hasta que estos quedan incrustados en su superficie.

Las últimas capas se depositan por distintos sistemas, bombardeo atómico, fundición y evaporación, o se somete a la oblea a un vapor de gas a presión. Estas capas han de tener una precisión de una fracción de micra (la centésima parte del espesor de un cabello humano).

Por último, hay que cortar la oblea en los distintos sensores o chip que contiene. Una operación tan delicada que suele malograr más de la mitad de ellos. En una oblea se pueden obtener dos sensores de 4,5 por 6 centímetros empleados en los respaldos de cámaras profesionales, o 24 sensores de 6 megapíxeles o 200 de 1 megapíxel para los teléfonos móviles.