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Las nuevas tecnologías de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS)

en la vida diaria

Dra. Susana Ortega Cisneros Profesora Investigadora

CINVESTAV, Unidad Guadalajara

Los Sistemas Microelectromecánicos (Micro-Electro-Mechanical-Systems) MEMS son la integración de elementos mecánicos, sensores, actuadores, y la propia electrónica en un substrato de silicio a través de tecnología de micro-fabricación.

MEMS

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Los MEMS representan una amplia clase de dispositivos que pueden ser construidos a través de diferentes procesos tecnológicos, en diversos materiales y pueden aplicarse en distintas áreas de la ciencia.

MEMS

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Tamaño de un MEMS

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OBLEAS (10cm)

CHIP (~1cm)

CELULA (~10µm) PELO

(~0.1mm)

MEMS(1µm – 1mm)

VIRUS (~10nm)

ADN (~1nm)

Principales ventajas de MEMS

Las principales ventajas de los microsistemas son: • Procesos de fabricación en lotes para grandes volúmenes de

componentes a bajo coste.

Principales ventajas de MEMS Las principales ventajas de los microsistemas son: • Producir dispositivos mecánicos más pequeños, livianos, en

versiones más rápidas, con mayor precisión, consumos de energía reducidos, biocompatibles.

• Producir sensores, aprovechando las propiedades electro– mecánicas del Si, donde las características eléctricas cambian en respuesta a cambios de parámetros particulares externos como: temperatura, presión, aceleración, humedad y radiación.

Aplicaciones MEMS

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Sensor inercial: acelerómetros.

Ink-jet para impresoras.

Giroscopios.

Micro fluidos.

Micrófonos (micro cámara, laptop, celulares)

Sistemas de radio frecuencia.

Sensor de presión.

Microdisplays.

Analizadores de sangre

La producción de los productos basados en tecnología MEMS tuvieron un valor de 8 billones de dólares en el 2005 ( 40 % eran sensores) …y va en incremento.

Existen dispositivos de aplicación actual y algunos que aguardan el desarrollo de tecnologías para ser implementados.

La clave es la integración de múltiples dispositivos en un solo chip, sytem-on-a-chip.

Impacto de MEMS en tecnología

Los dispositivos con MEMS son utilizados en múltiples áreas de la actividad industrial, el cuidado de la salud, productos de consumo, la construcción, la milicia y el hardware espacial.

Comportamiento de la industria de MEMS

El mercado de los MEMS

El mercado de los MEMS

Manufactura de MEMS

Fabricación de MEMS en el mundo

¿Que se necesita para fabricar MEMS? ● Conocimiento de las propiedades físicas de los materiales (mecánicas, eléctricas, térmicas y magnéticas) ● Procesos de Litografía - Etching - Deposition: técnicas de micromaquinado

Solución: Procesos CMOS Muy estudiado y consolidado en la industria ● ¡Permite integrar sensores, transductores, procesamiento de señales, control y actuadores todo en el mismo Circuito Integrado!

MEMS es una tecnología …No un producto !

Micro fabricación de MEMS

• Circuitos integrados.

– Características.

– Similitudes con los MEMS.

• Micro Mecanizado de superficie.

• Micro Mecanizado de Volumen.

Micro maquinado de superficie

Características.

Micromaquinado en Volumen I Etching: se logran figuras geométricas de gran definición aprovechando sustancias que atacan selectivamente los diferentes planos cristalográficos.

Micro maquinado en Volumen

Flujo de Diseño de MEMS

Etapas en el desarrollo de un dispositivo MEMS:

1. Objetivo >> requerimientos >> especificaciones 2. Elección de un proceso 3. Simulaciones: ANSYS. 4. Fabricación de un prototipo 5. Medición. Permite determinar si se cumplieron los

objetivos. De lo contrario se debe volver a la etapa 4. o a la etapa 2.

Capsula endoscópica inalámbrica

Ejemplos de Aplicación

Acelerómetros

Aplicaciones: Disparo de Airbag, Teléfonos celulares, ABS, Velocímetros angulares, giróscopos..

Wireless MEMS

Antennas

Color bi-stable display

Micro-switches

Tunable capacitors and inductors

Tunable filters

Microfluidrica

Aplicaciones: Inyectores de tinta, Regulación de caudales de fluidos, Sensores de presión

Óptica

DMD: Digital Micromirror Device

Óptica

Switches ópticos para interconexión de fibra

Lasers ajustables

Atenuador variable óptico

Comunicaciones

Switches de RF

Microscopía de fuerza atómica (AFM)

Algunos encapsulados MEMS

Die level release and ceramic package

Wafer bonded package with glass frit seal and lateral feedthroughs (sealed MEMS is then placed into ceramic package)

Wafer bonded package with glass frit seal and lateral feedthroughs

Wafer bonded package with adhesive seal and “T-contact interconnect”

Shellcase image sensor

Motorola Accelerometer

Cronos Relay

Bosch Gyroscope

Gracias por su atención

Dra. Susana Ortega C.