TECNOLOGIAS DE MICROFABRICACION

1. TECNOLOGIAS DE MICROFABRICACION • Productos de microsistemas • Procesos de microfabricación Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

2. Tamañosrelativos en microtecnología Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

3. Desarrollo del diseño y terminología • Miniaturización de productos con tamaños de características en micrones(10-6 m) • Algunos de los términos: • Microelectromechanicalsystems (MEMS) – enfatiza la miniaturización en componentes tanto eléctricos como mecánicos • Microsystem technology (MST) – quehacereferencia a los productosasícomo a lastecnologías de fabricación • Nanotechnology – que se refiere a dispositivossemejantescuyasdimensiones se miden en nanómetros (10-9 m) Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

4. Ventajas de los productos de microsistemas • Uso de menos material • Requerimientos de energíamasbajos • Mayor funcionalidad por unidad de espacio • Accesibilidad a regiones que están vedadas para productos más grandes • En la mayoría de los casos, los productos más pequeños pueden significar precios más bajos, debido a que se usa menos material Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

5. Tipos de dispositivos de microsistema • Microsensores • Microactuadores • Microestructuras y microcomponentes • Microsistemas y microinstrumentos Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

6. Microsensores • Un sensor es un dispositivo que mide algún fenómeno físico, como el calor o la presión • La mayoría de los microsensores se fabrican con un sustrato de silicio usando las mismas tecnologías de procesamiento que usan los circuitos integrados • Los sensores de tamaño microscópico se han creado para medir fuerza, presión, posición, velocidad, aceleración, temperatura, flujo y diferentes variables ópticas, químicas, ambientales y biológicas Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

7. Microactuadores Un actuador convierte una variable física de un tipo a otro, pero por lo general la variable convertida involucra una acción mecánica • Un actuador causa un cambio en la posición o la aplicación de la fuerza. • Los ejemplos de microactuadores incluyen válvulas, posicionadores, interruptores, bombas y motores rotativos y lineales Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

8. Microestructuras y Microcomponentes Parte con un tamaño microscópico que no es un sensor ni actuador • Ejemplos engranes, lentes, espejos, boquillas y haces microscópicos • Estos artículos deben combinarse con otros componentes con el fin de proporcionar un fin util Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

9. Engranemicroscopico y cabellohumano Figura37.3 Un engranemicroscópico y un cabellohumano. La imagen se realizóusando un microscopioelectrónico de exploración. El engranees de polietileno de altadensidadmoldeadomediante un proceso similar al LIGA exceptoporque la cavidad del molde se fabricóusando un haz de ionesenfocado (photo courtesy of W. Hung, Texas A&M U., and M. Ali, Nanyang Tech. U). Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

10. Microsistemas y microinstrumentos Integración de varios de los componentes anteriores con el empaque para electrónicos adecuado a un sistema miniatura • Los microsistemas y microinstrumentos tienden a ser muy específicos para determinada aplicación • Por el aspecto económico de estos tipos de sistemas ha tendido a hacer difícil su comercialización Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

11. Aplicaciones industriales de los microsistemas • Cabezas de inyecciónportinta • Cabezas magnéticas de película delgada • Discos compactos • Productos automotrices • Aplicaciones medicas • Química y ambiente • Otras aplicaciones Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

12. Cabezas de inyección de tinta • Es la más comun de las aplicaciones de MST • Una impresora de intyección de tinta usa varios cartuchos al año • Hoy estas impresoras poseen resolución de 1200 dots per inch (dpi) • Lo cual corresponde a una separación de boquilla 21 um, que está en el rango de los microsistemas Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

13. Cabeza de inyector de tinta Figure 37.3 Diagrama de una impresora de inyección de tinta. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

14. Cabezasmagnéticas de peliculadelgada • Las cabezas de lectura y escritura son componentes claves en los dispositivos de almacenamiento magnético • Debido a que los medios magnéticos de lectura y escritura con densidades de bits más altas están limitados por el tamaño de la cabeza de lectura-escritura. • La creación de cabezas de película delgada fue un momento importante en la tecnología de almacenamiento digital Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

15. Thin-Film Magnetic Read-Write Head Cabeza de lecto-escritura magnética Figure 37.4 Cabeza de lecto-escrituramagnética de películadelgada (Esquemasimplificado). Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

16. Compact Disks (CDs) and DVDs • Son productos importantes, de almacenamiento para audio, video, juegos y software. • Un CD se moldea con policarbonato • Diámetro D = 120 mm y espesor= 1.2 mm • Los datos consisten en pequeños agujeros en una pista helicoidal que comienza con un diámetro de D = 46 mm y termina con D = 117 mm • Las separación entre pistas1.6 m • Cada agujero es 0.5 µm ancho y longitud 0.8 µm to3.5 µm long Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

17. Productos automotrices • Microsensores y otros microdispositivos se usan ampliamente en los dispositivos modernos • Hay entre 20 y 100 microsensores en un vehículo • Las funciones incluyen el control electrónico del motor, el control de crucero, los sistemas antibloqueantes de frenos, air-bags, activación de sistemas de seguridad • En 1970 no había sensores en el tablero Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

18. Medicina • Una de las fuerzas conductoras detrás del uso de los dispositivos microscópicos es la terapia de mínima invasión • Incisiones muy pequeñas o incluso orificios corporales disponibles • Se emplean exámenes endoscópicos acompañados con cirugías laparoscopias para tratar hernias y retirar órganos. • Se espera procedimientos similares para tratar el cerebro, operando a través de pequeños orificios taladrados en el cerebro. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

19. Microfabrication Processes • Many MST products are based on silicon • Reasons why silicon is a desirable material: • Microdevices often include electronic circuits, so both the circuit and the device can be made on the same substrate • Silicon has good mechanical properties: • High strength and elasticity, good hardness, and relatively low density • Techniques to process silicon are well-established Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

20. Silicon Layer ProcessesProceso con capas de silicio • La primera aplicación del silicio en la tecnología de microsistemas fue en la fabricación de sensores piesoresistivos de silicio para la medición del esfuerzo y la deformación. • El silicio se usa para producir circuitos integrados • Sin embargo, debe observarse que existen ciertas diferencias entre el procesamiento de los CI y la fabricación de los microdispositivos. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

21. Bulk Micromachining of Thin Membrane Formación de una membrana delgada en un sustrato de silicio: 1) el sustrato de silicio se dopa con boro 2) se aplica una capa gruesa de silicio sobre la capa dopada mediante deposición epitaxial, 3) ambos lados se oxidan térmicamente para formar una resistencia de SiO2 sobre las superficies, 4) el resistente se forma mediante litografía y 5) se usa ataque químico anisotrópico para remover el silicio, excepto en la capa dopada con boro. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

22. LIGA Process • Una importante tecnología de MST • Desarrollada en Alemania a principios de 1980s • LIGA se debe a los términos en Alemán • LIthographie (in particular X-raylithography) • Galvanoformung (translatedelectrodepositionorelectroforming) • Abformtechnik (plasticmolding) • Las letras también la secuencia de procesamiento LIGA Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

23. Pasos del procesamiento en LIGA Figure 37.10 pasos del procesamiento LIGA : (1) aplicación de una capa gruesa de material resistente y exposición a los rayos X a través de una mascarilla, 2) remoción de los posiciones expuestas de el resistente, 3) electrodeposición para llenar las aberturas en el resistente 4) desprendimiento del resistente para obtener a) un molde b) una pieza metálica Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

24. Ventajas de LIGA • LIGA es un proceso versátil • Son posibles altas proporciones dimensionales (grandes relaciones de altura sobre sobre anchura en la pieza fabricada) • Es posible un rango amplio en los tamaños de las piezas, con alturas que van de los micrómetros a los centímetros • Pueden satisfacerse tolerancias estrechas. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

25. Desventajas de LIGA • LIGA es un proceso muy costoso • Por lo que se requieren grandes cantidades para justificar su utilización • LIGA usa exposición a rayos x • Afecta la salud humana Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

26. Ultra-High Precision Machining • Trends in conventional machining include taking smaller and smaller cut sizes • Enabling technologies include: • Single-crystal diamond cutting tools • Position control systems with resolutions as fine as 0.01 m • Applications: computer hard discs, photocopier drums, mold inserts for compact disk reader heads, high-definition TV projection lenses, and VCR scanning heads Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

27. Ultra-High Precision Machining Maquinado de ultra altaprecisión Figure fresado de ultraaltaprecisiónpararealizarsurcos en un recubrimiento de aluminio. Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen