MEMS en la Vida Diaria - Cinvestav
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Las nuevas tecnologías de Sistemas<br />
Microelectromecánicos (<strong>MEMS</strong>)<br />
<strong>en</strong> <strong>la</strong> vida diaria<br />
Dra. Susana Ortega Cisneros<br />
Profesora Investigadora<br />
CINVESTAV, Unidad<br />
Guada<strong>la</strong>jara<br />
1
<strong>MEMS</strong><br />
‣ Los Sistemas Microelectromecánicos (Micro-Electro-<br />
Mechanical-Systems) <strong>MEMS</strong> son <strong>la</strong> integración de<br />
elem<strong>en</strong>tos mecánicos, s<strong>en</strong>sores, actuadores, y <strong>la</strong> propia<br />
electrónica <strong>en</strong> un substrato de silicio a través de<br />
tecnología de micro-fabricación.<br />
2
<strong>MEMS</strong><br />
‣ Los <strong>MEMS</strong> repres<strong>en</strong>tan una amplia c<strong>la</strong>se de dispositivos<br />
que pued<strong>en</strong> ser construidos a través de difer<strong>en</strong>tes<br />
procesos tecnológicos, <strong>en</strong> diversos materiales y pued<strong>en</strong><br />
aplicarse <strong>en</strong> distintas áreas de <strong>la</strong> ci<strong>en</strong>cia.<br />
3
Tamaño de un <strong>MEMS</strong><br />
PELO<br />
(~0.1mm)<br />
CELULA<br />
(~10µm)<br />
VIRUS<br />
(~10nm)<br />
OBLEAS<br />
(10cm)<br />
ADN<br />
(~1nm)<br />
CHIP<br />
(~1cm)<br />
<strong>MEMS</strong>(1µm – 1mm)<br />
4
Principales v<strong>en</strong>tajas de <strong>MEMS</strong><br />
Las principales v<strong>en</strong>tajas de los microsistemas son:<br />
• Procesos de fabricación <strong>en</strong> lotes para grandes volúm<strong>en</strong>es de<br />
compon<strong>en</strong>tes a bajo coste.
Principales v<strong>en</strong>tajas de <strong>MEMS</strong><br />
Las principales v<strong>en</strong>tajas de los microsistemas son:<br />
• Producir dispositivos mecánicos más pequeños, livianos, <strong>en</strong><br />
versiones más rápidas, con mayor precisión, consumos de <strong>en</strong>ergía<br />
reducidos, biocompatibles.<br />
• Producir s<strong>en</strong>sores, aprovechando <strong>la</strong>s propiedades electro–<br />
mecánicas del Si, donde <strong>la</strong>s características eléctricas cambian <strong>en</strong><br />
respuesta a cambios de parámetros particu<strong>la</strong>res externos como:<br />
temperatura, presión, aceleración, humedad y radiación.
Aplicaciones <strong>MEMS</strong><br />
S<strong>en</strong>sor inercial: acelerómetros.<br />
Ink-jet para impresoras.<br />
Giroscopios.<br />
Micro fluidos.<br />
Micrófonos (micro cámara, <strong>la</strong>ptop,<br />
celu<strong>la</strong>res)<br />
Sistemas de radio frecu<strong>en</strong>cia.<br />
S<strong>en</strong>sor de presión.<br />
Microdisp<strong>la</strong>ys.<br />
Analizadores de sangre<br />
7
Impacto de <strong>MEMS</strong> <strong>en</strong> tecnología<br />
La producción de los productos basados <strong>en</strong> tecnología <strong>MEMS</strong> tuvieron<br />
un valor de 8 billones de dó<strong>la</strong>res <strong>en</strong> el 2005 ( 40 % eran s<strong>en</strong>sores) …y<br />
va <strong>en</strong> increm<strong>en</strong>to.<br />
Exist<strong>en</strong> dispositivos de aplicación actual y algunos que aguardan el<br />
desarrollo de tecnologías para ser implem<strong>en</strong>tados.<br />
La c<strong>la</strong>ve es <strong>la</strong> integración de múltiples dispositivos <strong>en</strong> un solo chip,<br />
sytem-on-a-chip.
El mercado de los <strong>MEMS</strong><br />
Los dispositivos con <strong>MEMS</strong> son utilizados <strong>en</strong> múltiples áreas de<br />
<strong>la</strong> actividad industrial, el cuidado de <strong>la</strong> salud, productos de<br />
consumo, <strong>la</strong> construcción, <strong>la</strong> milicia y el hardware espacial.<br />
Comportami<strong>en</strong>to de <strong>la</strong> industria de <strong>MEMS</strong>
El mercado de los <strong>MEMS</strong>
Manufactura de <strong>MEMS</strong>
Fabricación de <strong>MEMS</strong> <strong>en</strong> el mundo
<strong>MEMS</strong> es una tecnología …No un producto !<br />
¿Que se necesita para fabricar<br />
<strong>MEMS</strong>?<br />
● Conocimi<strong>en</strong>to de <strong>la</strong>s propiedades físicas de los materiales<br />
(mecánicas, eléctricas, térmicas y magnéticas)<br />
● Procesos de Litografía - Etching - Deposition: técnicas de<br />
micromaquinado<br />
Solución: Procesos CMOS<br />
Muy estudiado y consolidado <strong>en</strong> <strong>la</strong> industria<br />
● ¡Permite integrar s<strong>en</strong>sores, transductores, procesami<strong>en</strong>to<br />
de señales, control y actuadores todo <strong>en</strong> el mismo<br />
Circuito Integrado!
Micro fabricación de <strong>MEMS</strong><br />
• Circuitos integrados.<br />
– Características.<br />
– Similitudes con los <strong>MEMS</strong>.<br />
• Micro Mecanizado de superficie.<br />
• Micro Mecanizado de Volum<strong>en</strong>.
Micro maquinado de superficie<br />
Características.
Micro maquinado <strong>en</strong> Volum<strong>en</strong><br />
Micromaquinado <strong>en</strong> Volum<strong>en</strong> I<br />
Etching: se logran figuras geométricas de gran definición aprovechando<br />
sustancias que atacan selectivam<strong>en</strong>te los difer<strong>en</strong>tes p<strong>la</strong>nos cristalográficos.
Flujo de Diseño de <strong>MEMS</strong><br />
Etapas <strong>en</strong> el desarrollo de un dispositivo <strong>MEMS</strong>:<br />
1. Objetivo >> requerimi<strong>en</strong>tos >> especificaciones<br />
2. Elección de un proceso<br />
3. Simu<strong>la</strong>ciones: ANSYS.<br />
4. Fabricación de un prototipo<br />
5. Medición. Permite determinar si se cumplieron los<br />
objetivos. De lo contrario se debe volver a <strong>la</strong> etapa 4. o a<br />
<strong>la</strong> etapa 2.
Capsu<strong>la</strong> <strong>en</strong>doscópica inalámbrica
Ejemplos de Aplicación<br />
Acelerómetros<br />
Aplicaciones: Disparo de Airbag, Teléfonos celu<strong>la</strong>res, ABS, Velocímetros<br />
angu<strong>la</strong>res, giróscopos..
Wireless <strong>MEMS</strong><br />
Ant<strong>en</strong>nas<br />
Color bi-stable disp<strong>la</strong>y<br />
Micro-switches<br />
Tunable capacitors and inductors<br />
Tunable filters
Microfluidrica<br />
Aplicaciones: Inyectores de tinta, Regu<strong>la</strong>ción de caudales de fluidos,<br />
S<strong>en</strong>sores de presión
Óptica<br />
DMD:<br />
Digital Micromirror Device
Óptica<br />
Lasers ajustables<br />
Switches ópticos para interconexión de fibra<br />
At<strong>en</strong>uador variable óptico
Comunicaciones<br />
Switches de RF
Microscopía de fuerza atómica (AFM)
Algunos <strong>en</strong>capsu<strong>la</strong>dos <strong>MEMS</strong><br />
Die level release and<br />
ceramic package<br />
Bosch Gyroscope<br />
Cronos<br />
Re<strong>la</strong>y<br />
Wafer bonded<br />
package<br />
with g<strong>la</strong>ss frit seal<br />
and<br />
<strong>la</strong>teral feedthroughs<br />
Motoro<strong>la</strong><br />
Accelerometer<br />
Wafer bonded package<br />
with g<strong>la</strong>ss frit seal and<br />
<strong>la</strong>teral feedthroughs<br />
(sealed <strong>MEMS</strong> is th<strong>en</strong><br />
p<strong>la</strong>ced into ceramic<br />
package)<br />
Shellcase image<br />
s<strong>en</strong>sor<br />
Wafer bonded<br />
package with<br />
adhesive seal<br />
and “T-contact<br />
interconnect”
Gracias por su at<strong>en</strong>ción<br />
Dra. Susana Ortega C.
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