Fabricación suave de microsistemas MEMS con compuestos

Fabricación suave de microsistemas MEMS con compuestos orgánicos
M. Hautefeuille¹, L. A. Oropeza Ramos¹, J. O. Guerra Pulido¹, P. R. Pérez Alcázar¹,, R. Tovar Medina¹,
Medina V. Velázquez Aguilar³, M. C. Ortega Alfaro², M. P. Carreón Castro²
¹Centro UNAMems, Facultad de Ingeniería, UNAM
² Instituto de Ciencias
Cienci Nucleares, UNAM
³Facultad de Ciencias, UNAM
INTRODUCCIÓN:: DESARROLLO DE MICROSISTEMAS MEMS
Miniaturización en electrónica: economía de US$ 200 mil millones - procesos de fabricación adaptados bien establecidos
Microantena
aunque la fabricación es cara, bajos costos totales gracias a la producción a gran escala
Micromotor
[Sandia Labs.]
Micro Sistemas Electro Mecánicos (MEMS): adaptar técnicas de fabricación de industria de semiconductores a microsistemas
desarrollo de micromecanismos, microsensores, transductores, actuadores, etc.
CMOS+MEMS: fabricación de MEMS con circuitos integrados - compatibilidad / integración con dispositivos - complejidad
Microagujas “sin dolor”
[Tyndall ational Institute, 2008]
PolíMEMS – BioMEMS: nuevas necesidades (biocompatibilidad, fabricación sencilla, soluciones de bajo volumen,…)
nuevos materiales = polímeros y compuestos orgánicos
Fabricación monolítica
(MEMS + CMOS)
[Hautefeuille et al., 2008]
LITOGRAFÍA SUAVE: MÉTODOS ‘SENCILLOS Y BARATOS’
CARACTERIZACIÓN - OPTIMIZACIÓN
Control del espesor de estructuras 3D con máscaras de color y niveles de gris
contraste 75%
Técnica de litografía suave: generación de réplicas a partir de micromolde
Varias técnicas de bajo costo probadas para fabricar los moldes:
Fotolitografía
Shrinky Dinks ™
Moldes con láser
Obtención de moldes y réplicas con láser o con litografía suave
Fabricación de réplicas
con superficie de DVD
(sin patrón en especial)
[Khine et al. 2007]
Técnica común: herencia de la
industria de semiconductores
con base de silicio (Ley de Moore)
Alta resolución costosa
Resolución de máscara limitada
para prototipos rápidos, baratos
Rejillas de 0.76µm
(mediciones microscópicas)
Grabar material con láser
FABRICACIÓN DE ELECTRODOS
Litografía
suave
con
mezcla de polímero inerte
(aislante eléctrico) y metal
en polvo microscópico
- Técnica bien caracterizada
- Buena adherencia
- Se “conforma” muy bien al sustrato
Resolución mayor a la de
máscaras de acetato
(encoge 9 veces en el plano y 3 veces
fuera)
Fabricación de réplicas
(con micropatrón, según aplicación)
(resolución de ~1-3µm)
Rejillas de 45µm
(mediciones microscópicas)
Fabricación de electrodos conductores para microsistemas
Técnica de “sputtering” utilizada para
depositar electrodos de caracterización
(capas delgadas - sin micropatrón)
Electrodos flexibles
Problemas de calentamiento con algunas
películas delgadas: generación de agujeros
- Algunos problemas con películas
muy delgadas
- Solución costosa
- Necesita de fotolitografía para
generar micropatrones
- Manejo delicado del equipo
Generación de patrones
sobre resina fotosensible
Problemas de grabación
debidos a la espiral…
Mayor resolución – Bajo costo
Método sencillo y rápido
- Excelente control (espesor)
(encogimiento del material en el horno)
caracterizar: proceso/materiales
Mayor resolución de mucho
Utilización de un polímero que
Alta precisión
se encoge en el plano (horno)
Bajo costo, rápido
Depósito directo de metal
sobre la superficie con
técnica de “sputtering”:
Obtención directa de moldes
Cámara de sputtering
Excelente conductividad
Electrodos flexibles
Varias aplicaciones
Limitación de resolución…
Proyecto UNAMems
FI-UNAM
Resultados sometidos a IEEE MEMS 2011
Limitación de procesos clásicos (sputtering) o suaves (mezcla con polvo)
TRABAJOS A FUTURO:: DESARROLO DE POLÍMEMS
[Xue et al. 2008]
Mejorar la resolución (con láser)
Utilizar polímeros conductores intrínsecos + moldes etc…
Caracterización y optimización
de procesos, materiales, prototipos
CONCLUSIONES
- Proceso no costoso, sencillo, al alcance de más
- Colaboración multidisciplinaria vital
- Rango de dispositivos más amplio: medición de proceso complejos (biología, etc.)
- Utilizar microfabricación para fabricar nuevos dispositivos PolíMEMS
C3 – UNAM
Los autores quieren aprovechar este espacio para agradecer a la DGAPA-UNAM (beca de estancia posdoctoral y
proyectos PAPIIT IN117510 y 118808), así como a Luis Flores de la Facultad de Ciencias por su colaboración.
5 de Octubre de 2010
*Contacto: mathieu.hautefeuille@gmail.com