Proyecto UNAMems

La investigación de los Microsistemas Electromecánicos en la UNAM

Facultad de IngenieríaDivisión de Ingeniería Eléctrica M. en I. José Ismael Martínez López

MEMS (MICRO ELECTROMECHANICAL SISTEMS)MEMS (MICRO ELECTROMECHANICAL SISTEMS)

MEMS es una tecnología emergente y de acelerado crecimiento que MEMS es una tecnología emergente y de acelerado crecimiento que explota la infraestructura existente de la microelectrónica para el explota la infraestructura existente de la microelectrónica para el desarrollo de máquinas complejas a escala microscópica. desarrollo de máquinas complejas a escala microscópica.

Comprende la integración de elementos electrónicos y mecánicos, Comprende la integración de elementos electrónicos y mecánicos, mediante el empleo de la microelectrónica y de las tecnologías de mediante el empleo de la microelectrónica y de las tecnologías de micromaquinado sobre un mismo sustrato. micromaquinado sobre un mismo sustrato.

Permite el desarrollo de sistemas inteligentes con capacidades de Permite el desarrollo de sistemas inteligentes con capacidades de sensado, procesamiento, comunicación y actuación en un mismo sensado, procesamiento, comunicación y actuación en un mismo circuito.circuito.

Los MEMS en la Escala DimensionalLos MEMS en la Escala Dimensional

2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5

2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5

1 10 100 1 k 10 k 100 k 1 M 10 M 100 M 1 kM

10 kM

0.1Dimensiones Aproximadas en Átomos de Si

1 10.1 10 0.1 1 10 100 1 10 0.1 1 10Ång nm micras mm m

1 10.1 10 0.1 1 10 100 1 10 0.1 1 10Ång nm micras mm m

Diámetro Cabello HumanoLímite Tecnológico

en Microelectrónica (1998-2002)

Paquetes de CI´s

Radio atómic

o

Moléculas, DNA

Virus Bacterias

Seres

Humanos

Autos- Autobuses

Herramientas Hogareñas

Teléfonos Celulares

Piezas de MEMS

MEMSEspesor de Capas en MEMS

Capacidades de los MEMS

Sensado• Físico • Químico• Biológico

Cómputo• Procesamiento• Almacenamiento

Actuación• Electrostática• Térmica• Piezoeléctrica

Comunicación• Óptica• RF• Microondas

Energía• Almacenamiento• Celdas de combustible

Variable deentrada

Variable desalida

Desplazamiento mecánico de los espejos para establecer la

trayectoria de la luz

Funcionamiento de los MEMS

• Cuando menos algunas de las señales que están relacionadas con el MEMS son descritas en términos de variables mecánicas (desplazamiento, velocidad, aceleración, flujo, etc)

MEMS

Entrada:voltaje, corriente

aceleración, velocidadluz, calor …

Salida:voltaje, corriente

aceleración, velocidadluz, calor …

Control:voltaje, corriente

aceleración,velocidad

luz, calor …

• Reducción de dimensiones

Computación con sensado y actuación para cambiar la forma de percibir y controlar el mundo fisico

• Tecnología de fabricación planar utilizando microlitografía– Utilización de equipo idéntico al de la fabricación de circuitos integrados– Sin embargo, se requiere agregar técnicas de micromaquinado

Tecnologia MEMS

GiroscopioGiroscopio MEMS

Circuitos de acondicionamiento

80 mm

1 mm

(Reduccion detamaño 80X )

Beneficios de la reducción de tamaño• Beneficios de la reducción de tamaño en los CI en el dominio electrónico

– Reducción de tamaño velocidad, baja potencia, complejidad, economía

• MEMS: conlleva a un concepto similar …

MEMS extiende los beneficios de la reducciónde tamaño más allá del dominio eléctrico

Con la tecnología MEMS pueden obtenerse mejoras en los

desempeños

Velocidad

Consumo de potencia

Complejidad

Economia

Frecuencia , Const. tiempo térmica

Energía de actuación, calentamiento

Densidad de integración

Batch Fab.

MM 8x8 Conmutador óptico

Conmutación rápida, bajas

pérdidas, grandes redes

Conmutación rápida, bajas

pérdidas, grandes redes

Analog Devices Acelerómetro

Tamaño reducido

Tamaño reducido

Conmutación rápida, bajas pérdidas, alto

factor de llenado

Conmutación rápida, bajas pérdidas, alto

factor de llenado

TI Microespejo DLP

O

Aplicaciones exitosasImpresoras: Tecnología de inyección de tinta

Automotriz:Activación de bolsas de aire

Redes de datos:Conmutadores ópticos

Video: Pantallas yproyectores

CAD para MEMS y herramientas de Simulación

– Generación de la idea o concepto – Diseño con base en un proceso

tecnológico– Máscaras en 2D y modelado sólido en

3D– Análisis (Mecánico, térmico, eléctrico, estructural, óptico,

electromagnético, piezoeléctrico)

Desarrollo delconcepto Construcción

del diseño

SimulaciónCreación del

Modelo en 3DAnálisis detallado

Fabricación

Procesos de fabricación comerciales de MEMS

• PolyMUMPS (http://memsrus.com/svcsmumps.html)

• SOIMUMPS (http://memsrus.com/svcssoi.html)

• MetalMUMPS (http://memsrus.com/svcsmetal.html)

• MEMS Exchange (www.mems-exchange.org)

• SUMMiT (http://www.sandia.gov/mstc/technologies/micromachines/tech-info/technologies/trilevel.html)

• CMOS• Otros procesos (http://www.memsnet.org/links/fabs.html)

Área de Diseño y Modelado(65 m2.)

 

Área de Caracterización

Clase 100(23 m2.)

Área de Post Proceso y LitografíaClase 100(22 m2.)

 

Área de Máscaras y

MontajeClase 1000(20 m2.)

Área de Transición

CENTRO DE DISEÑO UNAMEMS CENTRO DE DISEÑO UNAMEMS (Plano del Centro)Primera etapa

inaugurada en enero de 2005

Segunda etapaConstrucción decuartos limpios conequipo de caracterización y prueba.

Diez estaciones de trabajo con software especializado

• Primera Etapa. Diseño y Modelado de MEMS utilizando procesos de fabricación comerciales.

• Segunda Etapa. Caracterización de MEMS

• Tercera Etapa. Propuesta de procesos con tecnología propia y creación de un laboratorio de fabricación.

Planeación estratégica

(S E, CONACYT, FUMEC)

Laboratorio de caracterización de MEMS

• Cuartos limpios clase 100 y 1000

• Microscopios• Estación de prueba• Cámaras de vacío • Generadores de funciones,

Osciloscopios, analizadores de redes, analizadores de espectro

• Analizadores de impedancia• Medidores LCR

Laboratorio de fabricación

• Generador de patrones• Equipo de fotolitografía• Alineadora de máscaras• Spinner• Lámparas UV• Hornos• Sputtering • Electroplateado• Equipo para ataques

seco y humedo

Avances• Capacitación de un grupo semilla de investigadores• Organización de eventos de difusión de la tecnología MEMS• Formación de recursos humanos especialistas mediante la elaboración de tesis de licenciatura,

maestría y doctorado.• Desarrollo de líneas de investigación en MEMS para RF y microondas, sensores basados en fibras

ópticas y sistemas de resonancia magnética• Apoyos obtenidos por parte de la Secretaría de Economía, CONACYT y la Fundación México-

Estados Unidos para la Ciencia• Puesta en marcha del Centro de Diseño UNAMems

Retos• Creación de procesos tecnológicos basados en la infraestructura existente en

México para la fabricación de MEMS• Captación de fondos económicos para la puesta en marcha de las siguientes

etapas• Integración de grupos de trabajo multidisciplinarios• Aplicación de la tecnología MEMS en donde la disminución de tamaño, peso,

energía y costo sean un requerimiento importante

Propuestas

• Acelerar la gestión de los recursos financieros para la adquisición de infraestructura

• Mejorar los procesos de compra de materiales y equipo

• Aligerar la carga académica de profesores

• Flexibilizar la contratación de especialistas

Gracias por su atención!