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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: [email protected]
