Docstoc

MICROFABRICATION TECHNOLOGIES - fisica

Document Sample
MICROFABRICATION TECHNOLOGIES - fisica Powered By Docstoc
					           TECNOLOGIAS DE
          MICROFABRICACION
1. Productos de microsistemas
2. Procesos de microfabricación




  Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
Tamaños relativos en microtecnología




   Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
Desarrollo del diseño y terminología
  Miniaturización de productos con tamaños de
   características en micrones(10-6 m)
  Algunos de los términos:
     Microelectromechanical systems (MEMS) –
      enfatiza la miniaturización en componentes
      tanto eléctricos como mecánicos
     Microsystem technology (MST) – que hace
      referencia a los productos así como a las
      tecnologías de fabricación
     Nanotechnology – que se refiere a
      dispositivos semejantes cuyas dimensiones
      se miden en nanómetros (10-9 m)

   Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
     Ventajas de los productos de
            microsistemas
 Uso de menos material
 Requerimientos de energía mas bajos
 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
Tipos de dispositivos de microsistema
     Microsensores
     Microactuadores
     Microestructuras y microcomponentes
     Microsistemas y microinstrumentos




      Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
                    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
                 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
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
    Engrane microscopico y cabello humano




Figura 37.3 Un engrane microscópico y un cabello humano. La
imagen se realizó usando un microscopio electrónico de exploración.
El engrane es de polietileno de alta densidad moldeado mediante un
proceso similar al LIGA excepto porque la cavidad del molde se
fabricó usando un haz de iones enfocado (photo courtesy of W.
                                M. Ali, Nanyang Tech. U).
Hung, Texas A&M U., and de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
             Sistemas Avanzados
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
    Aplicaciones industriales de los
             microsistemas
   Cabezas de inyección por tinta
   Cabezas magnéticas de película delgada
   Discos compactos
   Productos automotrices
   Aplicaciones medicas
   Química y ambiente
   Otras aplicaciones




    Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
 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
 Cabeza de inyector de tinta




   Figure 37.3 Diagrama de una impresora de
                inyección de tinta.



Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
Cabezas magnéticas de pelicula delgada
    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
Thin-Film Magnetic Read-Write Head
Cabeza de lecto-escritura magnética




Figure 37.4 Cabeza de lecto-escritura magnética de
       película delgada (Esquema simplificado).
     Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
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 to 3.5 µm long

  Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
         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
                           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
     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
     Silicon Layer Processes
   Proceso 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
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
                     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-ray lithography)
    Galvanoformung (translated
     electrodeposition or electroforming)
    Abformtechnik (plastic molding)
 Las letras también la secuencia de
  procesamiento LIGA


  Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen
  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
                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
            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
  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
            Ultra-High Precision Machining
           Maquinado de ultra alta precisión




Figure fresado de ultraalta precisión para realizar surcos en un
   recubrimiento de aluminio.
             Sistemas Avanzados de Manufactura. Luz Karime Hernandez Gegen

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:6
posted:12/31/2012
language:Unknown
pages:27