Más de 50 años de espectrometría de masas industrializada
Desde Balzers, Liechtenstein, al mundo y más allá
Con más de 50 años de experiencia en espectrometría de masas industrializada, INFICON se enorgullece de contar con una profunda experiencia tecnológica y una larga tradición de innovación. Este viaje ha estado marcado por la excelencia en ingeniería y el espíritu pionero de personas como el ingeniero eléctrico Remo Vogelsang, antiguo ingeniero eléctrico jefe de Balzers AG en Liechtenstein. Vogelsang ayudó a liderar el desarrollo del primer espectrómetro de masas cuadrupolo controlado digitalmente en la década de 1970. Sin sus contribuciones revolucionarias y las de su equipo, nuestra generación actual de espectrómetros de masas no sería posible.
Al echar la vista atrás a décadas de desarrollo, queremos reconocer y honrar estos logros. Recientemente hemos tenido el placer de hablar con Remo Vogelsang sobre los inicios de la espectrometría de masas industrializada, que hoy en día desempeña un papel fundamental en todo, desde la fabricación de semiconductores hasta la exploración lunar y la monitorización de la actividad volcánica.
Las raíces de esta innovación se remontan a la empresa Leybold INFICON y Balzers AG, una fuerza pionera en la tecnología de evaporación al vacío con sede en Liechtenstein. Con el tiempo, Balzers AG se sometió a varias reestructuraciones y parte de su negocio de instrumentación se escindió para formar INFICON. Nos enorgullece continuar con este legado, especializándonos en la industrialización de sistemas complejos de sensores y medición.
Desde el lanzamiento del primer espectrómetro de masas cuadrupolo en 1967 por Balzers AG hasta los sensores inteligentes con IA de INFICON, hemos hecho posible el análisis preciso de gases en una amplia gama de industrias. Con una sólida base en la integración de sistemas y un claro compromiso con la innovación, hemos desempeñado un papel clave en hacer que la espectrometría de masas sea más accesible, fiable e impactante para aplicaciones críticas. Nuestra conversación con Vogelsang arroja luz sobre una era decisiva en el desarrollo de instrumentos y nos recuerda lo lejos que hemos llegado desde los inicios de la espectrometría de masas.
Diseño del QMG 511: de los tubos a los chips
En 1972, Remo Vogelsang se incorporó a Balzers AG en un momento en que la electrónica estaba experimentando una rápida transformación. Los tubos de vacío estaban siendo sustituidos por semiconductores y los circuitos integrados abrían nuevas posibilidades de miniaturización y rendimiento. Vogelsang, que se había formado inicialmente en sistemas basados en tubos, se encontró en medio de este cambio.
Junto con Hans Peter Egli, Vogelsang formó el equipo central de desarrollo del QMG 511. Su objetivo era evolucionar el exitoso modelo QMG 300 para convertirlo en un instrumento más potente y listo para la producción. El equipo trabajó en estrecha colaboración con los físicos Dr. Huber, Dr. Rettinghaus y Dr. Selhofer, que estaban desarrollando el nuevo analizador, y con expertos en marketing como Carlo Hofmann y el Dr. Clinckemaillie para garantizar que el dispositivo cumpliera con las exigencias reales de la industria.
A mediados de septiembre de 1972, el equipo había finalizado una especificación técnica detallada. El QMG 511 estaba listo para su lanzamiento y, con él, comenzaba un nuevo capítulo en el análisis de gases en alto vacío. Vogelsang recuerda: «El QMG 300 y sus predecesores funcionaban bien en los laboratorios, pero su diseño totalmente analógico los hacía inadecuados para aplicaciones industriales. Me parecía inaceptable que los usuarios tuvieran que ajustar constantemente los mandos, lo que hacía que los resultados fueran inconsistentes».
Con el QMG 511, quería un dispositivo que la gente adoptara con entusiasmo por su excelencia. Vogelsang tenía dos prioridades clave: en primer lugar, desde el punto de vista del marketing, quería un producto tan bueno que la gente lo adoptara con entusiasmo. En segundo lugar, la fiabilidad era fundamental y se fijó unos estándares muy altos. Por eso, el QMG 511 se diseñó para que fuera fácil de usar y sencillo de fabricar, lo que garantizaba una producción fluida sin obstáculos técnicos. Se trataba de un sistema totalmente digital y robusto que, por fin, salvaba la brecha entre la tecnología analógica y la digital.
Estos dos principios, un gran atractivo comercial y una fiabilidad absoluta, eran esenciales para Vogelsang y siguen siendo igual de importantes hoy en día. Uno de los principales retos de ingeniería fue la falta de un convertidor digital-analógico de 16 bits.
«Tuvimos que combinar dos convertidores de 8 bits», explica Vogelsang. «Esto introdujo algunas imprecisiones, que corregimos con un potenciómetro manual, una solución ingeniosa que funcionó sorprendentemente bien».
El equipo también abordó las limitaciones en la generación de señales de alta frecuencia utilizando un método de conmutación sincronizada y con puerta.
Mejora de la sensibilidad, la velocidad y la precisión
Con el paso del tiempo, la tecnología de espectrometría de masas ha experimentado avances notables. Los primeros sistemas eran voluminosos, requerían una calibración exhaustiva y tenían una sensibilidad limitada. Hoy en día, los espectrómetros modernos están altamente automatizados, ofrecen procesamiento de datos en tiempo real y se integran a la perfección en las líneas de producción industrial. INFICON ha desempeñado un papel crucial en el impulso de estas mejoras, basándose en el legado de Balzers AG y ampliando su experiencia en todo el mundo.
Desde el punto de vista de Vogelsang, los principios fundamentales de la espectrometría de masas no han cambiado en los últimos 50 años, pero todo lo demás ha mejorado. «Lo que ha cambiado es la fiabilidad, la precisión y la especialización de los instrumentos para satisfacer las diferentes necesidades del mercado», afirma. «El principio básico sigue siendo el mismo, pero ahora es más rápido, más compacto y está optimizado para el rendimiento en el mundo real».
Estas mejoras se reflejan en varios hitos clave en la evolución de la tecnología de espectrometría de masas, entre los que se incluyen:
- Mayor sensibilidad gracias al diseño mejorado del cuadrupolo y la fuente de iones, fundamental para aplicaciones de GCMS portátiles y de semiconductores.
- Robustez y portabilidad, fundamentales para espectrómetros de masas aptos para el espacio y aplicaciones de GCMS montados en vehículos.
- Mejoras en el multiplicador de electrones para abordar la detección de niveles muy bajos en el procesamiento de semiconductores.
- Modernización de los sistemas de control para sistemas de sensores más pequeños, compactos y de alta velocidad.
- Miniaturización del cuadrupolo para aplicaciones de alta presión extrema.
- Integración en sistemas de bombeo compactos para aplicaciones químicas exigentes
- Evolución de la pantalla, desde pantallas integradas hasta software que imita la pantalla (SQX y MQX) y control mediante software basado en Windows
- Introducción del software FabGuard, que se integra directamente con las herramientas y ayuda a tomar decisiones más inteligentes utilizando los datos del RGA en el contexto de la herramienta de fabricación a la que da soporte
- Los RGA personalizados diseñados para aplicaciones de semiconductores incluyen
- Monitorización de PVD metálico
- Mayor vida útil en CVD/ALD y entornos hostiles
- Monitorización de hornos y recocido
- Monitorización selectiva del grabado
- Los RGA personalizados para aplicaciones de mercado ampliadas incluyen
- Medio ambiente
- Aplicaciones de pruebas de fugas para monitorizar refrigerantes, automoción, aire acondicionado
- Pruebas de baterías de ionen litio
El futuro: hacia dónde vamos desde aquí
Estamos orgullosos de ser líderes mundiales en espectrometría de masas. Nuestra tecnología cuenta con la confianza de los principales fabricantes de semiconductores, tanto de herramientas como de chips, de todo el mundo. Las fábricas más avanzadas de Asia, Europa y Estados Unidos utilizan nuestros espectrómetros de masas a diario para garantizar el control de los procesos, la detección de gases traza y el análisis de la contaminación con la máxima precisión.
Todo comenzó con el QMG 511, el primer espectrómetro de masas industrializado del mundo. Desde entonces, cada nueva generación de nuestros instrumentos ha seguido estableciendo el punto de referencia como productos de primera línea, lo que permite a los fabricantes de semiconductores superar los límites de la tecnología y la fiabilidad.
Pero nuestra innovación no se limita a los semiconductores. También somos líderes en la detección de fugas en baterías para vehículos eléctricos y de consumo, lo que contribuye a garantizar la seguridad y el rendimiento de los vehículos eléctricos, los teléfonos inteligentes y otros dispositivos críticos. Nuestros laboratorios móviles HAPSITE proporcionan análisis químicos rápidos in situ para respuestas de emergencia, protección medioambiental y uso militar.
Hemos ido más allá del laboratorio. Nuestros instrumentos formaron parte de la misión PRIME-1 de la NASA a la Luna, donde analizaron la superficie lunar y demostraron la solidez de nuestra tecnología en condiciones extremas. Apoyamos proyectos de investigación pioneros, como la predicción de erupciones volcánicas, en los que nuestros sistemas detectan trazas de gases que pueden proporcionar alertas tempranas de desastres naturales. E incluso llevamos la espectrometría de masas bajo el agua, lo que permite realizar análisis en tiempo real en las profundidades marinas.
«Cuando construimos los primeros espectrómetros de masas, nos centrábamos en las cámaras de vacío y las fábricas. La idea de que algún día un descendiente de nuestra tecnología llegaría a la Luna es increíble», reflexiona Remo Vogelsang, codesarrollador del QMG 511.
A la próxima generación de ingenieros, les ofrece este consejo: «Encuentren lo que realmente les fascina, algo que les apasione. En ingeniería, cada detalle importa. Si falla un pequeño componente, todo el sistema puede fallar. Cuando terminen un proyecto, sigan adelante. La tecnología evoluciona constantemente, y eso es lo que hace que este campo sea tan emocionante».
A medida que continuamos nuestro viaje, seguimos comprometidos con impulsar el futuro de la espectrometría de masas. ¡Por más de 50 años de excelencia y por las próximas e emocionantes innovaciones que aún están por llegar en la espectrometría de masas!
Cronología de los hitos de la espectrometría de masas
Durante las últimas cinco décadas, el desarrollo de la espectrometría de masas cuadrupolo se ha caracterizado por un avance tecnológico continuo. La siguiente cronología destaca los hitos más importantes en la evolución de nuestros instrumentos, desde los primeros prototipos hasta las plataformas inteligentes y conectadas de hoy en día.
| Año | Hito |
|---|---|
| 1962 | Comienza el desarrollo del primer espectrómetro de masas cuadrupolo en Balzers AG, Liechtenstein. |
| 1967 | Lanzamiento del QMG 101, el primer espectrómetro de masas cuadrupolo de uso generalizado. |
| 1972 | Introducción del QMG 511, el primer espectrómetro de masas cuadrupolo controlado digitalmente, desarrollado para uso industrial. |
| 1973 | Lanzamiento del QMG 311, una alternativa analógica y económica al QMG 511. |
| 1977 | Introducción del espectrómetro de masas IQ200 (Leybold INFICON), el primer RGA digital controlado por microprocesador. |
| 1978 | QMG 064, RGA inteligente con salida directa de presiones parciales. |
| 1985 | Introducción del Quadrex 200 (INFICON) con el primer cabezal sensor para RGA. |
| 1986 | El QMG 420 introduce una nueva unidad de control y generadores de RF. |
| 1987 | Quadstar 420 y Plus 420: navegación por menús, modos de análisis, secuenciador multistream. |
| 1992 | QMG 421 con modos de detección integrados: Faraday, SEM, recuento de iones. QuadStar 421/2 es compatible con Microsoft Windows Introducción del analizador de gases residuales Transpector, con un sensor electrónico compacto montado en una carcasa que solo necesita +24 V y comunicaciones en serie para conectarse a un PC. Cuenta con un electrómetro de rango automático con detector dual (FC/EM). |
| 1996 | Introducción del analizador de gases residuales Transpector XPR, el primer RGA del mundo que funciona en rangos de presión ampliados |
| 1997 | El QMG 422 introduce el rango automático rápido y un nuevo amplificador electrómetro |
| 2000 | Presentación del sistema de integración y análisis de sensores FabGuard |
| 2002 | Plataforma de software Quadstar de 32 bits |
| 2004 | Lanzamiento de HiQuad y QMG 700: modular, rápido, con interfaz Ethernet Paquete de software QUADERA para una interfaz intuitiva con múltiples documentos |
| 2025 | Lanzamiento del QMG 800: la plataforma analítica de última generación de INFICON. |
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En colaboración con el Laboratorio de Sistemas Robóticos de la ETH de Zúrich, estamos trabajando en un proyecto denominado ARAMMIS - Robots autónomos para el mapeo de áreas, la monitorización y la detección in situ. Nuestro objetivo es integrar nuestras cargas útiles avanzadas de detección de gases en el robot con ruedas y piernas.
Como expertos en detección de gases y mediciones de vacío en muchos sectores, incluidos el de los semiconductores, la energía y la seguridad, nuestros equipos siempre están buscando "lo siguiente" en innovación.
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