La investigación de los Microsistemas Electromecánicos en la UNAM Proyecto UNAMems La investigación de los Microsistemas Electromecánicos en la UNAM Facultad de Ingeniería División de Ingeniería Eléctrica M. en I. José Ismael Martínez López

MEMS (MICRO ELECTROMECHANICAL SISTEMS) MEMS es una tecnología emergente y de acelerado crecimiento que explota la infraestructura existente de la microelectrónica para el desarrollo de máquinas complejas a escala microscópica. Comprende la integración de elementos electrónicos y mecánicos, mediante el empleo de la microelectrónica y de las tecnologías de micromaquinado sobre un mismo sustrato. Permite el desarrollo de sistemas inteligentes con capacidades de sensado, procesamiento, comunicación y actuación en un mismo circuito.

Los MEMS en la Escala Dimensional 2 5 1 10 100 1 k 10 k 100 k 1 M 10 M 100 M 1 kM 10 kM 0.1 Dimensiones Aproximadas en Átomos de Si Ång nm micras mm m Espesor de Capas en MEMS Seres Humanos Autos- Autobuses Herramientas Hogareñas Teléfonos Celulares Radio atómico Moléculas, DNA Virus Bacterias MEMS Piezas de MEMS Límite Tecnológico en Microelectrónica (1998-2002) Paquetes de CI´s Diámetro Cabello Humano

Capacidades de los MEMS Actuación Electrostática Térmica Piezoeléctrica Sensado Físico Químico Biológico Variable de salida Variable de entrada Comunicación Óptica RF Microondas Cómputo Procesamiento Almacenamiento Energía Almacenamiento Celdas de combustible

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) Entrada: voltaje, corriente aceleración, velocidad luz, calor … Salida: voltaje, corriente aceleración, velocidad luz, calor … MEMS Desplazamiento mecánico de los espejos para establecer la trayectoria de la luz Control: voltaje, corriente aceleración, velocidad luz, calor …

Circuitos de acondicionamiento 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 Giroscopio 80 mm Giroscopio MEMS Tecnologia MEMS (Reduccion de tamaño 80X ) 1 mm Circuitos de acondicionamiento

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 reducción de tamaño más allá del dominio eléctrico Con la tecnología MEMS pueden obtenerse mejoras en los desempeños Velocidad Frecuencia  , Const. tiempo térmica  Consumo de potencia Energía de actuación, calentamiento  Complejidad Densidad de integración  Economia Batch Fab. 

Conmutación rápida, bajas pérdidas, grandes redes Redes de datos: Conmutadores ópticos Automotriz:Activación de bolsas de aire MM 8x8 Conmutador óptico Analog Devices Acelerómetro O Conmutación rápida, bajas pérdidas, grandes redes Tamaño reducido Aplicaciones exitosas Video: Pantallas y proyectores Impresoras: Tecnología de inyección de tinta Conmutación rápida, bajas pérdidas, alto factor de llenado TI Microespejo DLP

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) Creación del Modelo en 3D Análisis detallado Simulación Desarrollo del concepto Fabricación Construcción del diseño

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)

Planeación estratégica 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. CENTRO DE DISEÑO UNAMEMS (Plano del Centro) Primera etapa inaugurada en enero de 2005 Área de Diseño y Modelado (65 m2.) Diez estaciones de trabajo con software especializado (S E, CONACYT, FUMEC) Segunda etapa Construcción de cuartos limpios con equipo de caracterización y prueba. Área de Transición   Área de Máscaras y Montaje Clase 1000 (20 m2.) Área de Post Proceso y Litografía Clase 100 (22 m2.)   Área de Caracterización Clase 100 (23 m2.)

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 Retos 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

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