El año pasado tuve la oportunidad de hacer un verano de investigación dentro del marco del programa delfín en Cd. Juárez, Chihuahua en el CICTA del IIT de la UACJ donde conocí el sorprendente mundo de estos dispositivos que sin duda son el presente y futuro de la tecnología.
Qué son los MEMs?
Sistemas Microelectromecánicos (Microelectromechanical Systems, MEMS) se refieren a la tecnología electromecánica, micrométrica y sus productos, y a escalas relativamente más pequeñas (escala nanométrica) se fusionan en sistemas nanoelectromecánicos (Nanoelectromechanical Systems, NEMS) y Nanotecnología. MEMS también se denominan 'Micro Máquinas' (en Japón) o 'Tecnología de Micro Sistemas' - MST (en Europa). Los MEMS son independientes y distintos de la hipotética visión de la nanotecnología molecular o Electrónica Molecular. MEMS en general varían en tamaño desde un micrómetro (una millonésima parte de un metro) a un milímetro (milésima parte de un metro). En este nivel de escala de tamaño, las construcciones de la física clásica no son siempre ciertas. Debido a la gran superficie en relación al volumen de los MEMS, los efectos de superficie como electrostática y viscosidad dominan los efectos de volumen tales como la inercia o masa térmica. El análisis de elementos finitos es una parte importante del diseño de MEMS. La tecnología de sensores ha hecho progresos significativos debido a los MEMS. La complejidad y el rendimiento avanzado de los sensores MEMS ha ido evolucionando con las diferentes generaciones de sensores MEMS.
El potencial de las máquinas muy pequeñas fue apreciado mucho antes de que existiera la tecnología que pudiera construirlas - véase, por ejemplo, la famosa lectura de 1959 de Feynman "Hay mucho espacio en lo pequeño". Los MEMS se convirtieron en prácticos una vez que pudieran ser fabricados utilizando modificación de tecnologías de fabricación de semiconductores, normalmente utilizadas en electrónica. Estos incluyen moldeo y galvanoplastia, grabado húmedo (KOH, TMAH) y grabado en seco (RIE y DRIE), el mecanizado por electro descarga (EDM), y otras tecnologías capaces de fabricar dispositivos muy pequeños.
Existen diferentes tamaños de empresas con importantes programas MEMS. Las empresas más grandes se especializan en la fabricación de componentes de bajo costo alto volumen o paquetes de soluciones para los mercados finales como el automotriz, biomedicina, y electrónica. El éxito de las pequeñas empresas es ofrecer valor en soluciones innovadoras y absorber el costo de fabricación con altos márgenes de ventas.Tanto las grandes como las pequeñas empresas realizan trabajos de I + D para explorar la tecnología MEMS.
Uno de los mayores problemas de los MEMS autónomos es la ausencia de micro fuentes de energía con alta densidad de corriente, poder y capacidad eléctrica.
Durante la estancia aprendí cual es el proceso de diseño, fabricación y prueba de estos dispositivos y a continuación les daré un pequeño resumen.
Diseño
Para el diseño de estos dispositivos podemos usar software CAD como ANSYS pero en este caso como es un laboratorio especializado utilizamos el software MEMs-pro y Coventorwarez.
Mems-pro:Se utiliza para hacer el diseño de los dispositivos en 2D de acuerdo al proceso de fabricación a utilizar, en el CICTA se utiliza el llamado Polymums(multi user mems process), que se basa en la deposición de 3 capas de pilisilicio, muy parecido a como fabrican los chip de microelectrónica.
Algunas imagenes de los diseños que realice en mi estancia.
Estos son unos microactuadores termicos dispositivos muy comunes dentro de los MEMs.
Dentro del diseño cae el analisis electromecanico, un analisis de elemento finito el cual se realiza en el software Coventorwarez el cual nos genera el modelo en 3D para poder analizar el movimiento que tendra asi como sus diferentes esfuerzos y temperaturas entre otros datos.
Aqui unas imagenes
Después de todo este proceso de diseño en el CICTA se mandan fabricar los chip a EUA ya que aun no se cuenta con el equipo de fabricación. Una vez que llegan los chip se procede a una"liberación" ya que el chip tiene materiales que se tienen que remover para su correcto funcionamiento y es pasado por varios líquidos: agua destilada, alcohol, y ácido Fluorhídrico, despues se calienta en un horno para secar y el chip esta listo para probar.
Prueba
Para hacer la prueba de los dispositivos necesitamos de una estacion de prueba que es un microscopio con posicionadores de unas dimitunas agujas que nos permiten aplicar voltaje para prueba de los dispositivos algunas imagenes:
Aqui una prueba de el chip
Por ultimo se pasa al encapsulado el chip unido por alambre de oro muy diminuto por medio de vibraciones listo para ser utilizado en un DIP.
Si desea mas informacion acerca de estos dispositivos estare subiendo mas material como libros y algunos videos.
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