En Octubre de 2006, el CIMTAN realizó un estudio titulado: "Actuadores MEMS en el sector Aeroespacial: Control de flujo". En él se hacía un estudio detallado de los diferentes tipos de actuadores, así como los distintos usos que se le daba a estos sistemas en el campo de la aeronáutica. El estudio se centró en particular en el control de flujo, por ser ésta la temática que más estaba en expansión con estos actuadores MEMS. La principal conclusión a la que se llegó en el pasado estudio es que la aplicación de MEMS al control de flujo está madura, es decir, es una tecnología ampliamente estudiada porque su reducido tamaño les permite moverse y actuar dentro de la capa límite, a la vez que las frecuencias en las que trabajan son del mismo orden que las de los torbellinos que se crean en esta región. Ya se han llevado a cabo ensayos en túnel de viento y los resultados muestran una reducción de la resistencia y un aumento de la sustentación. Durante el estudio se identificaron varios tipos de actuadores dependiendo de su interacción con la capa límite: Superficie móvil, inyectores de aire, actuadores térmicos, actuadores de burbuja y de interacción eléctrica y magnética. De ellos, el que más posibilidades de implantación a corto plazo tiene es el denominado "Synthetic jets" enmarcado en los actuadores de inyección de aire. Consiste en pequeñas cavidades con un orificio de salida hacia la capa límite que inyectan aire con la frecuencia resonante de la membrana inferior de la cavidad. Los actuadores MEMS se enfrentan a dos problemas importantes. Por un lado está el hecho de que para lograr maniobrabilidad se requiere una gran capacidad de computación. Cada actuador MEMS necesita instrucciones individuales en función del flujo que detecta, lo que hace que se necesiten muchos cálculos en paralelo y a gran velocidad. El otro gran problema es su elevado consumo energético. El estudio muestra, que los "Synthetic Jets" son los que menos energía consumen, por lo que siguen siendo los mejores candidatos, pero para su implantación final es necesario aún realizar los test en túneles de viento. Otras aplicaciones de los actuadores MEMS en el sector que se detectaron a lo largo de la realización del informe fueron: Sistemas de propulsión, sistemas de acoplamiento de satélites, sistemas de control de la orientación, sistemas RF MEMS, actuadores inerciales
Tras el analizar los resultados obtenidos desde Octubre de 2006 hasta Mayo de 2008 (19 meses), se ha obtenido un total de 25 resultados que se han distribuido, según las aplicaciones para las que han sido desarrollados, siguiendo los siguientes resultados :
Control de Flujo47% Control Térmico 20% Control de Estructuras13% Otras aplicaciones20% Como quiera que el informe previo se dedicara explícitamente a actuadores MEMS para control de flujo, en este se va a seguir la misma línea para analizar las tendencias. Del resto de aplicaciones, como se hizo anteriormente, se hará mención pero no análisis.
El módulo MEMS está indicado para el diseño de dispositivos para el micro-mundo. Modela fenómenos físicos en actuadores y sensores además de en dispositivos microfluídicos y pequeños piezoeléctricos.
La mayoría de aplicaciones MEMS son multifísicas por su variada naturaleza y habitualmente incluyen interacciones electromagnético-estructural, térmico-estructural, fluido-estructural (FSI) o electromagnético-fluídica. A este término, el módulo MEMS proporciona ecuaciones y ajustes optimizados para el modelado de las físicas, simples o acopladas, que estas interacciones puedan requerir. El módulo incluye análisis en dominios transitorios o estacionarios así como de frecuencias propias, paramétricos, cuasiestáticos y de respuesta frecuencial.
Este es un ejemplo de análisis estático de un actuador piezoeléctrico utilizando la aplicación piezoeléctrica del módulo de Mecánica de Estructuras (o la aplicación piezoeléctrica del módulo MEMS). Se modela una viga sandwich. El modo de cizalladura del material piezoeléctrico es utilizado para llevar a cabo una deflexión del extremo.
Campos de Ingeniería
Multifísica
Componentes Piezoeléctricos
Areas de Aplicación
Microactuadores
Dispositivos Piezoeléctricos
Productos Utilizados
Structural Mechanics Module
MEMS Module
COMSOL Multiphysics
Este modelo de micromezclador muestra un micromezclador que se aprovecha de la electroosmosis para mezclar fluidos. Se aplica un campo eléctrico dependiente del tiempo y la electroosmosis resultante perturba el flujo con bajo número de Reynolds. Las animaciones de los trazados de las partículas muestran un extensivo plegado y ensanchamiento de las líneas de material.
Campos de Ingeniería
Microfluídica
Áreas de Aplicación
Dispositivos Microfluídicos y flujo electrocinético
Dispositivos Microfluídicos para Biotecnología
Productos Utilizados
MEMS Module
COMSOL Multiphysics
Adan F Chaparro Castillo CI:17501640 EES Seccion: 1
Los servicios de diseño y la producción en serie de PHS MEMS facilita al miniaturización y la reducción de costes de los módulos RF PHS MEMS, un destacado fabricante de soluciones MEMS, ha anunciado hoy la disponibilidad de dispositivos pasivos integrados personalizados y procesos avanzados para su uso en módulos de radiofrecuencia destinados a equipamiento inalámbrico portátil y a otras aplicaciones móviles. Los dispositivos, listos para su producción en serie, y los servicios de diseño y producción relacionados con estos aparatos permiten a los fabricantes de equipamiento inalámbrico cumplir sus necesidades de reducción de costes y tamaño mediante la disminución del número de componentes pasivos discretos.
Los dispositivos pasivos típicos, entre los que se encuentran resistencias, inductores y capacitadores, son componentes discretos que ocupan un gran espacio en los circuitos impresos y añaden mayor complejidad a los módulos de radiofrecuencia. Por el contrario, los dispositivos pasivos integrados de PHS MEMS se fabrican a escala milimétrica utilizando métodos de producción y montaje similares a los de los procesadores de silicio.
Estos dispositivos pueden integrarse directamente en un chip o en un módulo y eliminan, de esta forma la necesidad de utilizar dispositivos discretos. También ofrecen la ventaja de un menor coste y mayores tolerancias. Los dispositivos ofrecidos por PHS MEMS son ideales para su incorporación a módulos RF utilizados en una amplia variedad de terminales inalámbricos portátiles. Su mayor rendimiento y reducidas dimensiones permiten disfrutar de la funcionalidad adicional requerida por los teléfonos móviles multibanda de última generación, las PDA inalámbricas o los ordenadores portátiles que utilizan conexiones WiFi o WLAN. "El mercado inalámbrico está cada vez más centrado en el coste de los componentes y en la importancia del tamaño", ha afirmado Thierry Touchais, director general y consejero delegado de PHS MEMS. "Nuestra compañía está muy bien posicionada, gracias a su tecnología de integración de dispositivos pasivos, para responder a las necesidades de los clientes". Los dispositivos pasivos integrados de PHS MEMS facilitan la implementación de funciones entre las que figuran los filtros armónicos, acopladores direccionales, diplexores y circuitos PA.
La compañía ofrece a los fabricantes de equipos originales un diseño totalmente personalizado de sus productos, un proceso de fabricación estandarizado y una colaboración intensa para alcanzar la especificación deseada. Este énfasis en el servicio completo permite al cliente llegar al módulo final, la validación y la producción en serie del mismo de forma rápida y efectiva. PHS MEMS dispone de muestras de evaluación de sus dispositivos pasivos integrados. - PHS MEMS Como proveedor líder de instrumentos y servicios MEMS, PHS MEMS diseña y fabrica microsistemas para los mercados de las comunicaciones ópticas e inalámbricas. PHS MEMS tiene experiencia en un amplio rango de procesos cualificados de producción especial, y ha desarrollado una serie de tecnologías patentadas para soluciones de microempaquetado avanzadas.
Esta empresa privada con capital de empresas internacionales de capital de riesgo e instituciones e inversores privados tiene su sede en St. Egreve (Grenoble, Francia), mientras que las oficinas de PHS MEMS Inc. se encuentran en Emeryville (California, Estados Unidos). PHS MEMS cuenta con el certificado de calidad ISO 9001.
Adan F Chaparro C CI: 17501640 EES seccio:1 http://www.prnewswire.co.uk/cgi/news/release?id=102204
Vectron y Discera colaboran en el desarrollo de nuevos temporizadores de MEMS
Discera y Vectron International, líderes mundiales en soluciones innovadoras de temporización y control de frecuencia, han anunciado en “Electronica” que trabajarán conjuntamente para hacer que los osciladores de MEMS sean una realidad para los fabricantes de dispositivos electrónicos.
Los resonadores basados en CMOS-MEMS son una tecnología verdaderamente rompedora que permite a las empresas de electrónica eliminar los obstáculos de coste y escalabilidad con los que se encuentran actualmente los consumidores. La tecnología de los MEMS permite superar algunos de los problemas existentes en la actualidad y, al mismo tiempo, abre una puerta a futuras aplicaciones (antes imposibles) por medio de la tecnología de microfabricación. Los MEMS prometen revolucionar casi todas las categorías de productos reuniendo la microelectrónica del silicio con la tecnología del micromecanizado. Utilizando osciladores CMOS en los MEMS, los fabricantes de dispositivos electrónicos de consumo, unidades de disco duro y otros dispositivos contarán con una serie de beneficios entre los que se incluyen una menor necesidad de espacio físico, unos tiempos de espera más cortos, una construcción más robusta y menos gasto de energía. Además, esta tecnología puede avanzar para soportar aplicaciones de alta precisión.
“Creemos que los osciladores de MEMS son una parte importante en el futuro del mercado de control de frecuencias”, afirma Ed Grant, vicepresidente de operaciones y productos de Vectron en Norteamérica. “Aunque la promesa de los osciladores de MEMS ha estado ahí durante años, ningún vendedor ha sido capaz de demostrar su fiabilidad ni su manufacturabilidad. Creemos que Discera sí está en posición de cumplir esta promesa. Esperamos trabajar conjuntamente con Discera utilizando nuestras habilidades complementarias para crear productos destacados en el sector”.
La tecnología del resonador PureSilicon de Discera es un componente fundamental que se puede utilizar para crear dispositivos electrónicos de consumo pequeños, de bajo coste y totalmente integrados, así como productos de telecomunicaciones como los osciladores, filtros y componentes RF. Los productostemporizadores basados en los resonadores CMOS-MEMS PureSilicon de Discera ofrecen ventajas significativas en cuanto a tamaño, potencia y coste, junto con una calidad y una fiabilidad excepcionales. Durante Electronica, Discera mostrará su tecnología en el stand de Vectron (Hall B5, stand 237). Discera mostrará la salida de vídeo de una cámara estándar cuyo tradicional oscilador de cristal ha sido reemplazado con un oscilador de MEMS de Discera.
“Estamos muy contentos de trabajar con Vectron”, afirma Venkat Bahl, vicepresidente de marketin de Discera, Inc. “Trabajar con Vectron, un líder en el sector, le da un enorme impulso al campo de los osciladores de MEMS en general y a Discera en particular. Ambas compañías están bien posicionadas en el mercado y pueden aprovecharse mutuamente de los puntos fuertes de la otra con el fin de crear y fortalecer una posición dominante en el mercado”.
Adan F Chaparro C CI:17501640 EES seccion:1 http://avances-nanotecnologia.euroresidentes.com/2006_11_01_archive.html
Unos investigadores están desarrollando una nueva clase de dispositivos mecánicos diminutos que contienen estructuras vibratorias del grosor de un pelo que podrían ser usadas para filtrar señales electrónicas en teléfonos móviles y para otros usos más exóticos. Bookmark and Share Como los dispositivos, llamados resonadores, vibran siguiendo patrones específicos, son capaces de cancelar señales que tienen ciertas frecuencias, y de permitir que otras pasen. El resultado es un nuevo tipo de filtro pasabanda, un componente utilizado comúnmente en la electrónica para permitir que algunas señales pasen por la circuitería de, por ejemplo, un teléfono móvil, mientras que otras son bloqueadas.
Esos filtros son críticos para los teléfonos móviles y otros equipos electrónicos portátiles debido a que permiten que los dispositivos procesen las señales con interferencia mínima y eficacia de transmisión máxima. La nueva tecnología brinda un camino potencial para miniaturizar aún más los filtros pasabanda, y además mejorar su eficacia y reducir su consumo de energía.
El dispositivo es un ejemplo de sistema microelectromecánico, o MEMS, que contiene partes móviles diminutas. Las señales entrantes generan el voltaje que produce una fuerza electrostática, haciendo que vibren los filtros del MEMS.
Jeffrey Rhoads, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Purdue, se ha concentrado en un método diferente a los propuestos. Ha optado por organizar las estructuras en anillos y en otras formas, siguiendo configuraciones que no son las convencionales.
El tamaño es minúsculo. Uno de sus prototipos tiene cerca de 160 micrones de diámetro, comparable en tamaño a un grano de arena.
Además de su futuro uso como filtros de teléfonos móviles, tales resonadores también podrían ser utilizados en avanzados sensores químicos y biológicos para aplicaciones médicas y militares, y posiblemente para un nuevo tipo de elemento de "memoria mecánica" que aproveche los patrones de vibración para almacenar información. Adan F Chaparro Castillo CI:17501640 EES seccion:1 http://www.usp.edu.pe/programa_telecomunicaciones/index.php/en/internacionales/215-filtrar-senales-electronicas
Los dispositivos pasivos integrados (DPI) de PHS MEMS confirman las espectativas var today = new Date(); var thisYear = today.getFullYear(); function disp(feedId) { divFeed = document.getElementById(feedId); if(divFeed) { if(divFeed.style.display == 'none') { divFeed.style.display = 'inline'; } else { divFeed.style.display = 'none'; } } if(feedId=='n1') { document.getElementById('n2').style.display = 'none'; } else { document.getElementById('n1').style.display = 'none'; } } GRENOBLE, Francia, November 3 /PRNewswire/ -- PHS MEMS, un destacado fabricante de soluciones MEMS, confirma que los distribuidores de módulos RF han diseñado y probado chips de tecnología IPD para sus nuevos módulos. En mayo de 2003, la compañía anunció la disponibilidad de la tecnología y los dispositivos para su evaluación. Tras probar y calificar, las principales OEMs han reconocido el rendimiento mejorado empleando esta innovadora tecnología en varias aplicaciones (teléfonos móviles multibanda de última generación, ordenadores portátiles con conexiones WLAN...). Hoy en día, los distribuidores de RF producen módulos con funciones pasivas integradas construidas en materiales cerámicos (LTCC), placas de circuitos impresos (PCI) o procesos semiconductores. La complementariedad de la tecnología (DPI), tanto para módulos como para chips, con las tecnologías modulares actuales, permiten combinar el mejor rendimiento de cada una de ellas sin sus limitaciones. El resultado es un proceso más eficaz para la fabricación de módulos con un ensamblaje de alto rendimiento Known Good Die (KGD) funciones IPD (filtros, acopladores, diplexores o cualquier combinación de GSM / AMPS, DCS / PCS, WiFi...) en el módulo base. "La tecnología DPI de PHS MEMS proporciona dispositivos vanguardistas idealmente diseñados para su incorporación a módulos RF. Hemos probado el mayor resultado de rendimiento hasta ahora en la superficie más pequeña" comentaron los principales grupos de diseño de productos Original Equipment Manufacturers. "Creemos que el uso de estas funciones basadas en RF MEMS es un gran valor añadido para nuestros nuevos productos". "Esta importante reacción de mercado demuestra que PHS MEMS está en una buena posición con su avanzada tecnología propia de integración de dispositivos pasivos para cumplir con las estrictas necesidades de los consumidores" dijo Thierry Touchais, presidente y consejero delegado de PHS MEMS. "Ofrecemos tecnología DPI como estándar al mercado mediante la integración del diseño dentro de los actuales software RF y cumplimos la expectativa de otorgar licencias a los socios de fabricación". DPI es una solución para el usuario probada que ofrece más miniaturización, mejor rendimiento y mejoras en todos los campos de los módulos RF. PHS MEMS Como proveedor líder de instrumentos y servicios MEMS, PHS MEMS diseña y fabrica microsistemas para los mercados de las comunicaciones ópticas e inalámbricas. PHS MEMS tiene experiencia en un amplio rango de procesos cualificados de producción especial, y ha desarrollado una serie de tecnologías patentadas para soluciones de microempaquetado avanzadas. Esta empresa privada con capital de empresas internacionales de capital de riesgo e instituciones e inversores privados tiene su sede en St. Egreve (Grenoble, Francia), mientras que las oficinas de PHS MEMS Inc. se encuentran en Emeryville (California, Estados Unidos). PHS MEMS cuenta con el certificado de calidad ISO 9001.Adan F Chaparro CastilloCI:17501640ESSSECCION:1http://www.prnewswire.co.uk/cgi/news/release?id=111068
Para fijar ideas podemos decir que en el microprocesador de una computadora actual tenemos unos 50 millones de transistores por cm2, lo que implica una dimensión típica de 1 um2 por transistor, con un detalle de los contornos del orden de los 100 nm. Esta miniaturización ha permitido reducir componentes electrónicos voluminosos dando a lugar a equipos portátiles, que de otra manera no se emplearían (radios personales, notebooks, teléfonos celulares, etc.) con un panorama de aplicaciones increíble.
¿Y qué tal si lográramos reducir máquinas enteras? Se podrían construir, por ejemplo, pequeños dinamómetros (sensores de fuerza) que colocados en las patas de una cucaracha nos permitirían entender cómo efectúa y distribuye las fuerzas para lograr un desplazamiento tan eficiente en superficies no horizontales. Esta información nos llevaría eventualmente a construir nuevos dispositivos mecánicos en la escala humana para simular las técnicas de desplazamiento de estos insectos. También se podría armar, en dimensiones muy reducidas, un dispositivo ubicado en el cuerpo de un paciente (“lab on chip”), que analizara su sangre y que, en función de los resultados, inyectara fármacos en las dosis adecuadas, y hasta podría enviar una señal de alerta para que el paciente fuera atendido de urgencia. Estas máquinas funcionarían en definitiva como pequeños robots que nos permitirían la realización de un conjunto de tareas hasta hoy inaccesibles en un mundo de escala micrométrica.
La miniaturización de máquinas electromecánicas o MEMS ya es una realidad de nuestros días. Efectivamente, estos microdispositivos ya se emplean para la realización de acelerómetros, presentes en los airbags de los autos para determinar el momento justo en que se produce un choque y disparar así el mecanismo de inflado de las bolsas. Este mismo tipo de MEMS se emplean como elementos de navegación, particularmente en la industria aeroespacial, pero también se prevén aplicaciones como sensores de presión, temperatura y humedad. Se los ha incorporado en marcapasos, para sensar la actividad física del paciente y modificar su ritmo cardíaco. Para evitar falsificaciones de firmas, se ha pensado incorporar estos acelerómetros en lapiceras. De esta manera, no sólo estaría registrado el trazo particular de la firma sino también las velocidades y aceleraciones que le imprimió la mano a la lapicera mientras se firmaba, lo cual haría mucho más difícil su falsificación. También se emplean MEMS en los cabezales de las impresoras de chorro de tinta, produciendo la evaporación controlada de la tinta en el momento justo, y gracias a la entrega localizada de calor. Además de la ventaja del tamaño de estos dispositivos está el hecho de que se los puede fabricar de a miles abaratando notablemente su costo de fabricación.
Los MEMS, como toda nueva tecnología, han tenido un impacto importante a la hora de favorecer el acceso a nuevo conocimiento científico. Este es el caso de la llamada óptica adaptable. La luz de los objetos astronómicos que llega a los telescopios terrestres pasa necesariamente a través de la atmósfera, variando su camino óptico por las variaciones de densidad del aire y de temperatura. Como resultado se obtiene una imagen borrosa, con mala resolución angular. Para evitar este problema, una solución costosa es la de ubicar los telescopios en el espacio (como es el caso del Hubble). Otra solución menos costosa e interesante por su capacidad de emplear telescopios grandes, no limitados por las dimensiones que se pueden manejar en los transportes espaciales, es la que aportó el desarrollo de espejos cuya superficie se deforma mediante MEMS, corrigiendo las distorsiones que produce la atmósfera terrestre.
Esquema del dispositivo que corrige las deformaciones de la imagen producidas por la turbulencia de la atmósfera terrestre. La óptica adaptable, realizada mediante MEMS, permite neutralizar este efecto y obtener una resolución angular adecuada como para distinguir objetos estelares que de otra manera se encontrarían confundidos en una imagen borrosa.
Otra aplicación científica de los MEMS fue la realización de instrumentos de medición de fuerzas entre dos objetos cuyas superficies se encuentran a distancias submicrométricas (<>Newton, como predicen algunos modelos teóricos. Según estos modelos, estas desviaciones se podrían hacer más evidentes cuanto menor sea la distancia entre los objetos. El problema es que a cortas distancias también aparecen otras interacciones, como la que surge del llamado efecto Casimir. Este efecto, ligado a la aparición de una fuerza atractiva entre objetos conductores, cuyo origen se relaciona con una propiedad cuántica (oscilaciones de punto cero), se manifiesta principalmente a distancias nanométricas y depende de la geometría de los objetos en cuestión. Los MEMS han aportado las herramientas para evaluar estas fuerzas y corroborar las leyes y sus desviaciones en un rango de distancias hasta ahora no explorado.
En esta imagen, obtenida mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM), se puede apreciar un conjunto de bobinas de tamaño micrométrico realizadas mediante técnicas litográficas.
Adan F Chaparro Castillo CI:17501640 EES SECCION :1 http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nuevas-herramientas/dispositivos_mecanicos_ultra_p.php
Tecnología basada en MEMS (microelectromechanical systems) 2D
Los operadores han establecido DWDM como un mecanismo flexible y económico para responder a las crecientes necesidades de ancho de banda de las redes ópticas. Esta infraestructura basada en longitudes de onda está conduciendo hacia una nueva generación de redes ópticas, donde se demanda una mejora de escalabilidad, flexibilidad y distribución dinámica de los servicios de comunicaciones. Precisamente en este entorno resulta clave la existencia de dispositivos fotónicos con determinadas funcionalidades, entre los cuales se encuentran los conmutadores fotónicos. Las primeras generaciones de conmutadores utilizados en las redes ópticas se basaban en conversión óptica-eléctrica-óptica (OEO) junto con una matriz electrónica para realizar la conmutación. Sin embargo, la gran complejidad y consumo de potencia de estos conmutadores OEO los convierte en uno de los mayores costes de la infraestructura de red, a la vez que se encuentran limitados por el estado del arte de la circuitería electrónica.
En cambio, los conmutadores completamente ópticos pueden construirse utilizando una serie de tecnologías que permiten gestionar y conmutar las señales fotónicas sin necesidad de convertirlas en señales eléctricas. De este modo, se consigue en cierta medida independencia respecto a la tasa de bit y a los protocolos transportados por cada uno de los canales ópticos, y se consigue salvar la limitación impuesta por la circuitería electrónica actual. Así, redes ópticas transportando canales a 160 Gbit/s son posibles en la actualidad únicamente empleando conmutadores completamente ópticos.
La migración hacia redes DWDM transparentes y completamente ópticas se basa pues en consideraciones económicas, de velocidad y en la aparición de una serie de importantes tecnologías de conmutación. Entre las diferentes tecnologías existentes para la implementación de conmutadores completamente ópticos en redes DWDM, la que está captando mayor atención es la tecnología MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). A continuación comentaremos la tecnología basada en MEMS 2D, la cual está evolucionando hacia su inmediata sucesora (MEMS 3D) en el caso de dispositivos donde se requieren altas prestaciones (mayor escalabilidad, mayor velocidad de conmutación, etc) aunque sea en perjuicio de un mayor coste.
Tecnología MEMS 2D
Consiste en una matriz de microespejos que pueden activarse por medio de señales eléctricas. Las señales ópticas de entrada viajan paralelamente a la superficie donde se sitúan los espejos hasta que encuentran un espejo que las refleja/redirige hacia una dirección perpendicular. De este modo, controlando la posición de los espejos activos es posible conmutar las señales de las fibras de entrada hacia cada una de las fibras de salida.
Esta configuración planar no puede escalarse con facilidad por encima de las 32 entradas y 32 salidas, ya que el número de espejos o de rutas de conmutación crece de forma exponencial con el número de puertos. Por ejemplo, 2 puertos requieren solamente 4 espejos, mientras que 32 puertos requieren 1024 espejos. Además, conforme el número de espejos aumenta, también lo hace la distancia que deben recorrer las señales desde un punto a otro del conmutador. Esta distancia está relacionada con la capacidad que poseen los espejos de redirigir los haces de forma precisa y con bajas pérdidas. Es decir, las tolerancias exigidas en la alineación de los espejos resultan prohibitivas para dispositivos con tamaños por encima de los 32 x 32 puertos. Algunas de las características típicas de uno de estos conmutadores se resumen en la tabla I.
Tabla I. Características de un conmutador óptico basado en la tecnología MEMS 2D.
Número de puertos
De 2 x 2 a 32 x 32
Retardo de conmutación
10 a 20 ms
Pérdidas de inserción
0,5 a 6 dB
Pérdidas dependientes de la polarización
1 dB
Pérdidas dependientes del trayecto
3 dB
Longitud del trayecto
Variable
Rizado en la respuesta
0,2 dB (1250 a 1525 nm)
Diafonía
-50 dB
Estabilidad térmica
0,2 dB (-5 a 70 ºC)
Aplicaciones
Estos conmutadores fotónicos suelen integrarse con otros componentes para la fabricación de bloques funcionales utilizados en redes ópticas WDM, como por ejemplo, optical cross-connects (OXCs), optical add-drop multiplexers (OADM) o elementos de protección de red. No obstante, como se ha comentado con anterioridad son válidos para aplicaciones donde no existe un elevado número de fibras ópticas. Es decir, su mercado se dirige más hacia las redes metropolitanas que hacia las complejas redes de transporte.
Además de las labores de enrutamiento de canales ópticos, una aplicación típica de los conmutadores fotónicos es la fabricación de elementos de protección/restauración de las redes ópticas. Estos elementos se encargan de restaurar una conexión de red cuando se produce un corte en algunas de las líneas de comunicación (fibras ópticas). Por ejemplo, el uso de OXCs en un enlace con 6 fibras primarias más 1 de reserva. Cuando ocurre un corte en alguna de las 6 fibras primarias utilizadas para el transporte del tráfico, los OXCs situados en cada uno de los extremos del enlace conmutan a la línea de reserva la conexión correspondiente a la línea cortada. La conmutación debe realizarse lo suficientemente rápido como para impedir la interrupción del servicio.
MEMS and Nano devices are extremely small -- for example, MEMS and Nanotechnology has made possible electrically-driven motors smaller than the diameter of a human hair (right) -- but MEMS and Nanotechnology is not primarily about size.
MEMS and Nanotechnology is also not about making things out of silicon, even though silicon possesses excellent materials properties, which make it an attractive choice for many high-performance mechanical applications; for example, the strength-to-weight ratio for silicon is higher than many other engineering materials which allows very high-bandwidth mechanical devices to be realized.
Instead, the deep insight of MEMS and Nano is as a new manufacturing technology, a way of making complex electromechanical systems using batch fabrication techniques similar to those used for integrated circuits, and uniting these electromechanical elements together with electronics.
Advantages of MEMS and Nano Manufacturing
First, MEMS and Nanotechnology are extremely diverse technologies that could significantly affect every category of commercial and military product. MEMS and Nanotechnology are already used for tasks ranging from in-dwelling blood pressure monitoring to active suspension systems for automobiles. The nature of MEMS and Nanotechnology and its diversity of useful applications make it potentially a far more pervasive technology than even integrated circuit microchips.
Second, MEMS and Nanotechnology blurs the distinction between complex mechanical systems and integrated circuit electronics. Historically, sensors and actuators are the most costly and unreliable part of a macroscale sensor-actuator-electronics system. MEMS and Nanotechnology allows these complex electromechanical systems to be manufactured using batch fabrication techniques, decreasing the cost and increasing the reliability of the sensors and actuators to equal those of integrated circuits. Yet, even though the performance of MEMS and Nano devices is expected to be superior to macroscale components and systems, the price is predicted to be much lower.
http://www.memsnet.org/mems/fabrication.html Adan Fernando Chaparro Castillo CI:17501640 EES
La electrónica de consumo ha llegado al estado en que se encuentra hoy gracias a la miniaturización. Sin ella, sería imposible crear circuitos integrados con millones de transistores y un tamaño de solo una fracción de centímetro cuadrado. Sin la microelectrónica, el equivalente de un microprocesador como el que tiene tu ordenador ocuparía el volumen de un edificio de 12 o 14 pisos. No habría ipods ni teléfonos móviles
Sin embargo, y a pesar de los logros obtenidos en la reducción de tamaño de los componentes electrónicos, los sistemas mecánicos aun requieren de piezas cuyo tamaño es varios órdenes de magnitud más grandes que sus contrapartes electrónicas. Cualquier pieza de un reloj mecánico, por ejemplo, es millones de veces más grande que uno de los transistores integrados en un microprocesador. Pero esta situación está cambiando.
La miniaturización de máquinas electromecánicas ha dado lugar a los MEMS, que silenciosamente han ocupado un lugar en nuestra vida cotidiana. De hecho, el dispositivo capaz de medir la aceleración a la que sometes el mando de tu wii (un acelerómetro) es un MEMS. Se trata del mismo dispositivo que, instalado en el airbag de un coche determina el momento justo en que se produce un choque y dispara el mecanismo de inflado de las bolsas.
Pero si bien los acelerómetros son quizás los dispositivos basados en MEMS mas difundidos, no son los únicos. Existen sensores de presión, de temperatura y de humedad construidos a partir de piezas que tienen un tamaño similar al de un glóbulo rojo. Forman parte del sistema de control de los más modernos marcapasos, censando la actividad física del paciente para modificar su ritmo cardíaco. También se emplean MEMS en los cabezales de las impresoras de inyección de tinta, como parte del dispositivo que produce la evaporación controlada de la tinta en el momento justo.
Por lo general, estos mecanismos tienen un tamaño mayor al micrómetro (millonésima de metro) y menor al milímetro. Lo que los hace tan particulares es que, a estas escalas, el comportamiento físico que rige a las maquinas convencionales no siempre funciona como la intuición puede indicar. Efectivamente, el incremento en la relación entre la superficie y el volumen de las piezas de un MEMS hace que los efectos electrostáticos y térmicos predominen sobre la inercia o la masa térmica.
Para fabricar las pequeñas piezas que conforman estas maquinas se utiliza una tecnología que, en esencia, es la misma que la empleada para la fabricación de los circuitos integrados. La posibilidad de “integrar” piezas móviles es lo que ha hecho posibles maquinas a escala nanométricas. Existen motores a vapor del tamaño de un grano de polen, engranajes y palancas cuyo tamaño de mide en diámetros atómicos, y hasta pequeños espejos montados sobre soportes móviles, con un tamaño mucho menor al diámetro de un cabello, capaces de enfocar o corregir una imagen.
Los MEMS permiten cada día la creación de dispositivos sorprendentes. Por ejemplo, para evitar la falsificación de una firma, es posible incorporar acelerómetros en una lapicera, para que además de escribir sea capaz de registrar las velocidades y aceleraciones que le imprimió la mano mientras se firmaba. Esto hace prácticamente imposible una falsificación.
Dentro de poco, será factible la fabricación de un dispositivo, que ubicado en el cuerpo de un paciente, analice su sangre y que, en función de los resultados, inyecte los fármacos necesarios en las dosis adecuadas. En caso de ser necesario, hasta podría enviar una señal de alerta para que el paciente fuera atendido de urgencia. Estas máquinas funcionarán como pequeños robots, capaces de realizar tareas que resultan imposibles a una escala mayor.
Se trata de una ciencia que, a pesar de habernos brindado ya una cantidad de soluciones concretas a problemas de ingeniería, recién está naciendo. Pero tiene el potencial de, como decíamos al comienzo, cambiar el mundo.
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) is the integration of mechanical elements, sensors, actuators, and electronics on a common silicon substrate through microfabrication technology. While the electronics are fabricated using integrated circuit (IC) process sequences (e.g., CMOS, Bipolar, or BICMOS processes), the micromechanical components are fabricated using compatible "micromachining" processes that selectively etch away parts of the silicon wafer or add new structural layers to form the mechanical and electromechanical devices.
MEMS promises to revolutionize nearly every product category by bringing together silicon-based microelectronics with micromachining technology, making possible the realization of complete systems-on-a-chip. MEMS is an enabling technology allowing the development of smart products, augmenting the computational ability of microelectronics with the perception and control capabilities of microsensors and microactuators and expanding the space of possible designs and applications. Microelectronic integrated circuits can be thought of as the "brains" of a system and MEMS augments this decision-making capability with "eyes" and "arms", to allow microsystems to sense and control the environment. Sensors gather information from the environment through measuring mechanical, thermal, biological, chemical, optical, and magnetic phenomena. The electronics then process the information derived from the sensors and through some decision making capability direct the actuators to respond by moving, positioning, regulating, pumping, and filtering, thereby controlling the environment for some desired outcome or purpose. Because MEMS devices are manufactured using batch fabrication techniques similar to those used for integrated circuits, unprecedented levels of functionality, reliability, and sophistication can be placed on a small silicon chip at a relatively low cost.
http://www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html Adan Fernando Chaparro Castillo CI: 17501640 EES
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.
MEMS descripción
Los avances en el campo de los semiconductores están dando lugar a circuitos integrados con características tridimensionales e incluso con piezas móviles. Estos dispositivos, llamados Sistemas Micro electromecánicos (MEMS), pueden resolver muchos problemas que un microprocesador más el software o configuración no ASIC (Chip integrados de aplicación específica) no pueden. La tecnología MEMS puede aplicarse utilizando un sin número de diferentes materiales y técnicas de fabricación; la elección dependerá del tipo de dispositivo que se está creando y el sector comercial en el que tiene que operar.
Silicio
El silicio es el material utilizado para crear la mayoría de los circuitos integrados utilizados en la electrónica de consumo en el mundo moderno. Las economías de escala, facilidad de obtención y el bajo costo de los materiales de alta calidad y la capacidad para incorporar la funcionalidad electrónica hacen al silicio atractivo para una amplia variedad de aplicaciones de MEMS. El silicio también tiene ventajas significativas que han surgido a través de sus propiedades físicas. En la forma mono cristalina, el silicio es un material Hookeano (cumple la ley de Hooke) casi perfecto, lo que significa que cuando está en flexión prácticamente no hay histéresis y, por lo tanto, casi no hay disipación de energía. Así como para hacer movimientos altamente repetibles, esto hace también que el silicio sea muy fiable, ya que sufre muy pequeña fatiga y puede tener una duración de vida de servicio en el rango de billones o trillones de ciclos sin romper. Las técnicas básicas para la producción de todos los dispositivos MEMS basados en silicio son la deposición de capas de material, produciendo un patrón en estas capas por fotolitografía y luego grabando para producir las formas necesarias.
Polímeros
A pesar de que la industria de la electrónica proporciona una economía de escala para la industria del silicio, el silicio cristalino es todavía un material complejo y relativamente costoso de producir. Los polímeros por el contrario se pueden producir en grandes volúmenes, con una gran variedad de características materiales. Los dispositivos MEMS puede hacerse de polímeros, por los procesos de moldeo por inyección, estampado o estéreo litografía y son especialmente adecuados para aplicaciones micro fluídicas tales como los cartuchos desechables para análisis de sangre.
Metales
Los metales también se puede usar para crear elementos MEMS. Aunque los metales no tienen algunas de las ventajas mostradas por el silicio en términos de propiedades mecánicas, cuando son utilizan dentro de sus limitaciones, los metales pueden presentar grados muy altos de fiabilidad.
Los metales pueden ser depositados por galvanoplastia, por evaporación, y mediante procesos de pulverización.
Los metales comúnmente utilizados incluyen al oro, níquel, aluminio, cromo, titanio, tungsteno, plata y platino
Procesos MEMS
Procesos de Deposición
Uno de los elementos básicos en el procesamiento de MEMS es la capacidad de depósito de películas delgadas de materiales. En este texto asumimos que una fina película puede tener un espesor de entre unos pocos nanómetros a unos 100 micrómetros. Los procesos de deposición de uso común son: Electroenchapado (Electroplating), Deposición Pulverizada (Sputter deposition), la deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD).
Fotolitografía
Litografía en el contexto MEMS es, por lo general la transferencia de un patrón a un material fotosensible por exposición selectiva a una fuente de radiación, como la luz. Un material fotosensible es un material que experimenta un cambio en sus propiedades físicas cuando es expuesto a una fuente de radiación. Si nosotros exponemos selectivamente un material fotosensible a la radiación (por ejemplo, mediante el enmascaramiento de algo de la radiación) el patrón de la radiación sobre el material es transferido al material expuesto, resultando en que las propiedades de las regiones expuestas y no expuestas difieren.
Esta región expuesta puede luego ser removida o tratada proveyendo una máscara para el sustrato subyacente. La Fotolitografía es típicamente usada con metal u otra deposición de película delgada, en procesos de grabado secos o mojados.
Procesos de Grabado
Hay dos categorías básicas de procesos de grabado: grabado mojado y seco. En el primer caso, el material se disuelve cuando se sumerge en una solución química. En el último, el material se pulveriza o disuelve utilizando vapor iones reactivos o un grabado de fase vapor. Véase Williams y Muller [1] o Kovacs, Maluf y Peterson [2] para un poco de visión de conjunto de las tecnologías de grabado MEMS.
Grabado mojado
El grabado por mojado químico consiste en una remoción selectiva de material por inmersión de un sustrato dentro de una solución que la pueda disolver. Debido a la naturaleza química de este proceso de grabado, usualmente una buena selectividad puede ser obtenida, lo cual significa que la tasa de grabado del material a grabar es considerablemente más alta que la del material de la máscara si se selecciona cuidadosamente.
Algunos materiales mono cristalinos, como el silicio, tendrán diferentes tasas de grabados dependiendo en la orientación cristalográfica del sustrato. Esto se conoce como grabado anisotrópico y uno de los ejemplos más comunes es el grabado del silicio en KOH (hidróxido de potasio), donde los planos<111> del Silicio se graban aproximadamente 100 veces más lento que otros planos (orientaciones cristalográficas). Por lo tanto, grabando un agujero rectangular en un (100)- una oblea de silicio resulta en en un grabado de ranuras en forma de pirámide con paredes en ángulo de 54.7°, en lugar de un agujero con paredes curvas como podría ser el caso del grabado isotrópico, donde los procesos de grabado progresan a la misma velocidad en todas las direcciones. Agujeros largos y estrechos en una máscara producirán surcos en el silicio. La superficie de estas ranuras puede ser automáticamente suavizadas si el grabado se lleva a cabo correctamente, con las dimensiones y los ángulos siendo extremadamente precisos.
El grabado Electroquímico (CEPE) para una remoción selectiva del dopante del silicio es un método común para automatizar y controlar selectivamente el grabado. Se requiere un diodo de juntura p-n activo, y cualquier tipo de dopante puede actuar como material resistente al grabado ("detención del grabado"). El Boro es el dopante más común de detención del grabado. En combinación con el grabado mojado anisotrópico como se ha descrito anteriormente, el ECE se ha utilizado con éxito para el control del espesor del diafragma de silicio en sensores de presión piezo-resistivos de silicio. Las regiones selectivamente dopadas pueden ser creadas tanto por implantación, difusión, o deposición epitaxial de silicio.
Grabado por iones reactivos (RIE)
En el grabado por iones reactivos (RIE), el sustrato se coloca dentro de un reactor en el que se introducen varios gases. El plasma es pulsado en la mezcla de gases utilizando una fuente de energía de RF, rompiendo las moléculas del gas en iones. Los iones son acelerados y reaccionan con la superficie del material siendo grabado, formando otro material gaseoso. Esto se conoce como la parte química del grabado por iones reactivos. También hay una parte física que es de naturaleza similar al proceso de deposición por pulverización. Si los iones poseen energía suficientemente alta, pueden impactar a los átomos fuera del material a ser grabado sin una reacción química. Es una tarea muy compleja desarrollar procesos de grabado en seco que equilibren grabado químico y físico, ya que hay muchos parámetros a ajustar. Al cambiar el equilibrio es posible influir en la anisotropía del grabado, ya que la parte química es isotrópica y la parte física altamente anisotrópica, la combinación puede formar paredes laterales, que tienen formas desde redondeadas a verticales.
Grabado profundo de iones reactivos (DRIE)
Una subclase de la RIE, que continúa creciendo rápidamente en popularidad es la RIE profunda (DRIE). En este proceso, las profundidades de grabado de cientos de micrómetros pueden ser alcanzados con paredes casi verticales. La principal tecnología se basa en el llamado "proceso de Bosch" [3], llamado luego de que la empresa alemana Robert Bosch, presentara la patente original, donde dos composiciones de gases diferentes se alternan en el reactor. Actualmente hay dos variaciones de la DRIE. La primera modificación consiste en tres pasos (el proceso de Bosch, tal como se utiliza en la herramienta UNAXIS), mientras que la segunda variación sólo consiste en dos pasos (ASE utilizado en la herramienta de STB). En la 1 ª Modificación, el ciclo de grabado es el siguiente: (i) SF6 grabado isotrópico; (ii) C4F8 pasivación; (iii) SF6 grabado anisoptrópico para limpieza de suelo. En la 2 ª variación, los pasos (i) y (iii) se combinan.
Ambas variaciones funcionan de manera similar. El C4F8 crea un polímero sobre la superficie del sustrato, y en el segunda, la composición del gas (SF6 y O2) graba el sustrato. El polímero es inmediatamente pulverizado lejos por la parte física del grabado, pero sólo en las superficies horizontales y no en las paredes laterales. Desde el polímero sólo se disuelve muy lentamente en la parte de la química de grabado, se acumula en las paredes laterales y los protege de grabado. Como resultado de ello, el grabado se pueden alcanzar relaciones de aspecto de 50 a 1. El proceso puede ser utilizado fácilmente para grabar completamente a través de un sustrato de silicio, y las tasas de grabado son 3-4 veces más altas que el grabado mojado.
Grabado por difluorido de Xenon
El difluorido de Xenon (XeF2) es un grabador por fase de vapor seco isotrópica para silicio originalmente aplicada en MEMS en 1995 en la Universidad de California, Los Angeles [4] [5]. Originalmente usada para la liberdarión de estructuras de metal y dieléctricas por medio del cortado del silicio, XeF2 tiene la ventaja de no tener pegado por viscosidad a diferencia del grabado mojado. Su selectividad de grabado es muy alta, lo que le permite trabajar con fotoresistencia, SiO2, nitruro de silicio, y diversos metales para enmascarar. Su reacción al silicio es "libre de plasma", es puramente químico y espontáneo y a menudo es operado en modo pulsado. Se encuentran disponibles modelos de la acción del grabado están disponibles[6], y laboratorios universitarios y diversas herramientas comerciales ofrecen soluciones utilizando este enfoque.
Paradigmas de los MEMS de Silicio
Micromaquinado volumétrico
Micromaquinado volumétrico es el paradigma más antiguo de los MEMS basado en silicio. Todo el grosor de una oblea de silicio se utiliza para la construcción de las micro-estructuras mecánicas. [2] El silicio es mecanizado utilizando diversos procesos de grabado. La unión anódica de placas de vidrio u obleas de silicio adicionales se utilizan para añadir características tridimensionales y para encapsulación hermética. El micromáquinado volumétrico ha sido esencial para que los sensores de presión de alto rendimiento y acelerómetros que han cambiado la forma de la industria de los sensores en los 80's y 90's.
Micromáquinado superficial
El micromáquinado superficial utiliza deposición de capas sobre la superficie de un sustrato como material estructural, en lugar de utilizar el sustrato mismo. [7] El micromaquinado superficial se creó a fines de los 80 para hacer el micromáquinado de silicio más compatibles con la tecnología de circuito integrado plano, con el objetivo de la combinación de MEMS y circuitos integrados en la misma oblea de silicio. El concepto original del micromaquinado superficial se basa en delgadas capas de silicio policristalino modelado como estructuras mecánicas móviles y expuestas por grabado de sacrificio de las subcapas de óxido. Electrodos en peine interdigital son utilizados para producir fuerzas en plano y detectar movimientos en plano de forma capacitiva. Este paradigma MEMS ha permitido a la manufactura de acelerometros de bajo costo, por ejemplo sistemas de Bolsas de aire para automóviles (Air-bags) y otras aplicaciones donde bajos rendimientos y/o altos rangos de "g" son suficientes. Mecanismos Analógicos han sido pioneros en la industrialización del micromaquinado superficial y han realizado la co-integración de los MEMS y los circuitos integrados.
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_microelectromec%C3%A1nico Adan Fernando Chaparro Castillo CI17501640 EES
