Aplicaciones de MEMS para teléfono móvil

Por: Horacio Edgardo Poderoso  @  miércoles, 17 de mayo de 2006
Si los teléfonos móviles integran características cada vez más atractivas, para la 3ra.
generación (3G) de servicios (Internet rápido, GPS, entretenimiento, juegos on line, noticias,
correo electrónico, vídeo, fotos …), se necesitarán más MEMS.


Nuevos BlackBerry
Todo lo que usted necesita a donde vaya. Descubra su nuevo BlackBerry VE.BlackBerry.com
Estas nuevas funciones traerán nuevas cuestiones tales como: consumo de energía, flexibilidad,
 nuevas características y costo. El CAGR (Tasa de Crecimiento Anual Compuesta) para microteléfonos
 3G se estima en 69 % para el período 2005-2007 mientras que para los Circuitos Integrados (ICs)
 es del 38.5 %. Realmente la 3G demandará un nuevo EVDO (Evolution Data Optimized – protocolo de
 transmisión por radio inalámbrica de datos) y plataformas WCDMA (Wideband Code Division
Multiple Access – soporte de servicios multimedia muy rápidos como video de movimiento completo,
 acceso de Internet y comunicación de video), nuevos chips y nuevo software. Algunas estimaciones
valúan en más de 30.000 millones de dólares la participación de MEMS en la industria de los
teléfonos móviles (incluye dispositivos RF, amplificadores de poder, drivers, memorias, sensores
 de imagen, etc).

El mercado de reemplazo es, por ahora, la porción mayor del negocio de teléfonos móviles a nivel
 mundial, y la diferenciación de productos es cada vez más difícil debido a la disponibilidad
de las nuevas tecnologías de producción por parte de todos los fabricantes. Además, la vigencia
 de los productos se acorta, de 12 a 18 meses ya ha bajado a 8 a 12 meses.
Como breve descripción del concepto de generación, debemos decir que estas se definen por la
diferenciación y/o calidad de las prestaciones y tecnologías que se integraron en los teléfonos
móviles desde su aparición en 1979:
Los de la primera generación o 1G son analógicos, envían información sobre ondas cuya forma varía
casi continuamente. Sólo se pueden usar para voz y su calidad de llamada es afectada por la
interferencia.
La segunda generación o 2G sólo denomina una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía
 móvil analógica a digital.
Llegada alrededor de 1990 su desarrollo deriva de la necesidad de un mayor manejo de llamadas en
 prácticamente los mismos espectros de radiofrecuencia asignados, para lo cual se introdujeron
 protocolos de telefonía digital que permitían más enlaces simultáneos y, en la misma señal,
integrar otros servicios como el Paging en un servicio denominado SMS, etc. Abarca varios protocolos
 (GSM, TDMA Cellular PCS o IS-136, CDMA, D-AMPS, PHS) desarrollados por varias compañías e
incompatibles entre sí, lo que limitaba el área de uso de los teléfonos móviles.
En la tercera-generación o 3G los servicios asociados posibilitan transferir tanto voz y datos
 (una llamada telefónica) y datos no-voz (descarga de programas, intercambio de e-mail, y mensajería
instantánea). Las tecnologías de 3G son la respuesta a la especificación IMT-2000 de la Unión
 Internacional de Telecomunicaciones. El estándar UMTS está basado en la tecnología W-CDMA. UMTS
 está gestionado por la organización 3GPP (abreviatura de 3rd Generation Partnership Project),
también responsable de GSM, GPRS y EDGE.
Pero hay más!!!... ya viene la cuarta generación o 4G con una tecnología de acceso inalámbrico
 mediante ondas de radio, con transferencias de 1 gbps a 20km/h. No sólo define un estándar,
sino que proporcionará un ambiente donde las conexiones podrán operar entre sí, proporcionando
 la sensación de interactuarse en tiempo real con servicios multimedia como video de alta calidad
y videoconferencia, entre otros. Esperada para 2010, 4G cambiará radicalmente la forma a la cual
 el mundo ha estado acostumbrado a conectarse aumentado 10 veces las conexiones con base 3G.

Existe una muy fuerte correlación entre la ampliación, versatilidad y calidad de las funciones
integradas en los teléfonos móviles con los avances que por otra parte (y en algunos casos, de
 manera específica) han expandido el potencial de la electrónica, el desarrollo de nuevos materiales,
 la industria del software y, más deslumbrantes quizás, los Nanodispositivos y sistemas
 Microelectromecánicos (MEMS).

Los Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) son la integración de elementos mecánicos, sensores,
 accionadores, y electrónica en un sustrato de silicio común mediante la tecnología de microfabricación.
 Mientras la electrónica se fabrica usando el circuito integrado (IC) en secuencias de proceso
 (p.ej, CMOS, Bipolar, o procesos de BICMOS), los componentes micromecánicos son fabricados
usando procesos "de microtrabajo a máquina", (compatibles con el grabado al aguafuerte) sobre
 partes de una oblea de silicio y/o añadiendo nuevas capas estructurales para formar los
 dispositivos mecánicos y electromecánicos.
El MEMS promete revolucionar casi todas las categorías de producto juntando la microelectrónica

a base de silicio con la tecnología de microtrabajo a máquina, haciendo posible la realización
"systems-on-a-chip" (sistemas completos en un chip). El MEMS es una tecnología que permite al
desarrollo de productos elegantes, aumentando la capacidad computacional de la microelectrónica
 con las capacidades de control y percepción de microsensores y microaccionadores y ampliando el
 espacio de posibles diseños y aplicaciones.

Acelerómetros MEMS

MEMS para GPS (Fujitsu)

La captura de movimiento es una aplicación vital para acelerómetros y giroscopios. Éstos son,
sensores de aceleración para el interfaz máquina / humano (activación de modo silenciosa,
control de juegos, presentación de imagen, animación del logotipo activo). Los sensores 3D de
aceleración están ya en la producción en Freescale, STM, Kionix y más de 15 compañías en Japón
(MEW, DNP, etc.) Los otros dispositivos MEMS de inercia que podrían ser usados en teléfonos
celulares son giroscopios. Ellos pueden ser usados para la estabilización de imagen junto al
sensor de imagen (sobre todo para funciones con los nuevos sensores 3MPixels).
Los acelerómetros combinados con giroscopios podrían alcanzar un valor de mercado de 64 millones
 de dólares en 2008. Este cálculo es bastante conservador: Si la aplicación del sensor de
aceleración es realmente útil, el mercado será significativamente mayor. Sólo un ejemplo: una
 aplicación de crecimiento muy fuerte en Corea para el sensor de aceleración es la capacidad de
 descargar logotipos que podrían ser activados por el movimiento del teléfono móvil. Los
operadores de servicio venden tales "telecargas" y esto es un mercado muy importante en Corea.
 Tal negocio es permitido por el acelerómetro y los operadores quieren pagar por incorporar esta
 nueva función en el teléfono móvil porque así consiguen más ingresos (estamos directamente en
 la Regla 1 del negocio telefónico Móvil).
Una segunda aplicación de MEMS en teléfonos móviles es el reemplazo del micrófono de condensador
 electromagnético (ECM) por micrófonos de Silicio. Este mercado podría comenzar con productos
de alta calidad con una tasa de crecimiento mayor al 80% en los próximos 3 años. Knowles
Acoustics ha vendido 20 millones de unidades en 2004, más de 80 millones de unidades en 2005 y
 se cree que el mercado alcanzará más de 350 millones de unidades (o 157 millones de dólares)
 en 2008.
Dos clases de RF MEMS podrían ser de interés en comunicaciones móviles: interruptores de RF,
 permitiendo bandas de multifrecuencia y dispositivos pasivos de RF, sustituyendo los dispositivos
pasivos existentes. Ya están en producción en Agilent e Infineon. Los interruptores de MEMS
podrían permitir que teléfonos celulares funcionaran en bandas de frecuencia múltiples, pero
deberían tener:

- Valores de pérdida de inserción bajos (<1 dB)
- Bajo costo (<1 dólar)
- Operar con baja energía

Un problema serio del teléfono móvil es la corta duración de la batería. Se trabaja en el
desarrollo de microcélulas de combustible. Este elemento debería tener al menos 1 semana de
 plena operación y su precio entre 3 y 8 dólares. Integrada directamente en el teléfono móvil
con su acumulador, y esto a su vez integrar tecnologías MEMS. Toshiba, NEC y Fujitsui ya
disponen de prototipos, con producción anunciada para 2007.

Aunque las tecnologías sean más cercanas a la microelectrónica que a las microtecnologías, los
 nuevos sensores de imagen también integrarán cada vez más dispositivos autofocus, aportando un
 alto valor agregado en funciones ópticas. Estos sensores, con resolución mayor a 1.3 MPixels
necesitarán un módulo autofocus. Algunas compañías proponen lentillas de foco automáticas
(tecnología de lente líquida de Varioptic) y otros investigan la tecnología MEMS para este fin
 (Siimpel).

La función de identificación es otra de las innovaciones previstas. Alps Electronics ha
desarrollado una miniatura delgada que es sensible a la presión. Este sensor es más orientado
 hacia PDA pero los teléfonos móviles podrían ser un mercado de interés. Además serán importantes
 las innovaciones de pantalla, por cuanto las funciones multimedia necesitarán demostraciones muy avanzadas, y en este campo los MEMS pueden ofrecer buenas prestaciones en el futuro. Estas 2 aplicaciones pueden lograrse después de 2008, según la disponibilidad de producto y la clave de su éxito será el costo, si consideramos que el dispositivo actual, en un móvil de 2da. generación no supera los 20 dólares, el precio del dispositivo MEMS deberá ser proporcionadamente bajo.
RF MEMS
   
Optica MEMS (Gentileza Varioptic)
RF MEMS
   
Optica MEMS (Gentileza Varioptic)
Ante un futuro de móviles con más multifunción, hay cinco razones principales para integrar
MEMS:
· Se requiere sensibilidad para detectar lo que pasa en el mundo externo: p.ej el uso de
acelerómetros, giroscopios (para añadir nuevas capacidades de detección de movimientos) y
autofocus para captura de imagen.
· Se necesita ampliar la vida útil del teléfono móvil: (microcélula de combustible para
sustituir baterías)
· Se requiere más integración: (módulo de RF con dispositivos MEMS)
· Mayor definición y realce: (nueva pantalla capaz de mostrar vídeo)
· Necesidad de añadir nuevas funciones: (GPS, biometría, identificación …)

Sin embargo, hay que considerar que el negocio telefónico móvil se dinamiza según 3 leyes:

1. Las nuevas funciones son bienvenidas si pueden disminuir el precio o crear/aumentar la
corriente de ingresos a operadores. El sensor de imagen es el ejemplo perfecto.
2. Si una nueva función puede ser realizada con software en lugar de hardware, el software
siempre ganará. Es un vector de costo, volumen y peso: ejemplo de módulo de estabilización
3. Bajar el costo año tras año es clave. La disminución de precios por año está en el orden del
 20 %.
Batería MEMS Fuell Cell
Batería MEMS Fuell Cell
Estiman que el mercado MEMS 2008 alcanzará un costo promedio del dispositivo de 6 dólares por
 teléfono móvil. La parte principal del mercado es para MEMS de inercia, micrófono de silicio y
 FBAR. Por supuesto, la presión de precios en el negocio telefónico móvil es realmente una
coacción y los MEMS serán aprobados conforme al éxito de las nuevas funciones. Este análisis
podría ser afectado por cambios positivos según dos vías principales:
Primero, habrá un fuerte impacto si las nuevas características proporcionados por dispositivos
 MEMS son aceptados por el usuario. El segundo impacto es la capacidad de los dispositivos MEMS
 para brindar capacidades técnicas ampliadas (como el tiempo de vida ampliado de la batería).


Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF
http://www.neoteo.com/aplicaciones-de-mems-para-telefono-movil.neo

Antenas de última generación para futuros satélites

Mediante el empleo de nanotecnología, un equipo de especialistas argentinos desarrolla antenas
de última generación para futuros satélites. Una versión de ese tipo de antenas, que recién
 estaría listo en tres años, reducirá los costos de lanzamiento al espacio debido a su bajo
 peso y además requerirá menor energía para cumplir sus funciones.


El año pasado se cumplió el cincuenta aniversario del histórico lanzamiento del legendario
 satélite ruso Sputnik, hecho que inauguró la carrera aeroespacial. En la actualidad, en los
proyectos espaciales participan una gran cantidad de países.

La Argentina, ha hecho numerosos aportes y hoy suma otro grano de arena con la labor de
Maximiliano Fischer, un joven ingeniero aeronáutico de 36 años, platense, que estudió en la
Universidad Nacional de La Plata y en Purdue University, en los Estados Unidos. Hace varios
 años ayudó a iniciar proyectos para la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) en
el Grupo de Sistemas Micro-Electro-Mecánicos (MEMS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica
 (CNEA). Allí desarrolla aplicaciones microtecnológicas para misiones espaciales.

"Trabajo en el diseño de piezas para futuras generaciones de satélites. Desde muy joven busco
 el modo de aplicar la creatividad y la ingeniería a mi labor, para que un día algún satélite
o nave espacial lleve una pequeña parte de la que me sienta orgulloso", señala Fischer, quien
 aprendió microtecnología en la Universidad de Harvard y en el Massachusetts Institute of
Technology (MIT), y desde entonces, está decidido a llevar adelante desarrollos tecnológicos en
la Argentina.

La meta más importante en su trabajo es la de generar en su país la capacidad de fabricar
dispositivos innovadores de tamaño reducido. Para ello está contribuyendo con la formación de
personal y con la construcción de un laboratorio de investigación y desarrollo para fabricar
MEMS. Los MEMS presentan ventajas sobresalientes para sistemas espaciales y la idea de este
 equipo de investigadores es aprovecharlas en misiones espaciales argentinas.

De acuerdo con Fischer, poner satélites en órbita "cuesta varios miles de dólares por kilo, por
 lo que reducir peso y tamaño es fundamental. Además, en satélites pequeños el consumo de
 energía es menor y por lo tanto se pueden prolongar las misiones. Inclusive, muchas funcionalidades
 de estas micromáquinas son completamente novedosas, de modo que pueden lograrse sistemas o
componentes satelitales hasta hoy impensados".

Para crear piezas de máquinas tan pequeñas se trabaja con micro y nanotecnología, dos ramas de
aplicaciones de la ciencia que estudian y manipulan la materia a escalas micrométricas y
 nanométricas, de manera respectiva. "Un micrómetro o micrón es la milésima parte de un
milímetro, mientras que un nanómetro equivale a la mil millonésima parte de un metro", señala
Fischer. Y agrega: "Los MEMS, también llamados micromáquinas, podrían compararse a chips o
circuitos integrados, como el procesador de una computadora, pero con partes móviles".

El ingeniero y su equipo de colegas de CNEA, del grupo MEMS, desarrollan micromáquinas que servirán
 para antenas de comunicaciones de última generación para satélites. "Nuestro objetivo es hacer
 antenas más eficientes para la comunicación Tierra-espacio y viceversa. Los 'Switches MEMS de
 RF' son pequeñísimos interruptores fabricados sobre silicio, con piezas metálicas móviles de
unos 700 micrones de largo, y serán la clave en antenas planas que podrían reemplazar a las
antenas parabólicas. "Estas últimas tienen una gran desventaja: para captar las señales deben
 orientarse electromecánicamente, lo que implica una gran pérdida de energía de las baterías
 para moverlas", indica Fischer.

El simple hecho de orientar la antena en el espacio, requiere un tipo de motor mecánico pesado,
y además hace necesario el consumo de combustible del satélite para contrarrestar el movimiento
 y mantener su orientación con respecto a la Tierra.

"Todos estos problemas se reducen o se anulan con el uso de una antena plana tipo compuesta. Se
 trata de un conjunto de antenas pequeñas ubicadas en una placa que se fija a la estructura del
 satélite", explica Fischer. Y continúa: "La antena plana compuesta puede orientar su haz de
transmisión o recepción (lóbulo de radiación) electrónicamente, sin moverse". Por lo tanto, la
 aplicación propuesta de microingeniería al espacio, además de reducir el peso de los satélites
en órbita por suprimir el motor que movería la antena y disminuir el consumo de la batería,
 evitará el consumo de combustible líquido que en los actuales sistemas se emplea para
estabilizar y reorientar el satélite cada vez que se mueve la antena.

Fischer estima que el primer sistema completo de antena plana con interruptores MEMS estará
 listo en tres años. "Por ahora, tenemos listos los primeros prototipos de los interruptores,
diseñados acá y construidos en el laboratorio italiano FBK-IRST, líder europeo en microfabricación".
 La iniciativa forma parte del Proyecto de Áreas Estratégicas denominado "Nodo NANOTEC", a cargo
 de los doctores Alberto Lamagna y Alfredo Boselli, y cuenta con el apoyo financiero del
Ministerio de Ciencia y Técnica, la CONAE y la CNEA.

El manejo de estas tecnologías en Argentina abre oportunidades de negocios y desarrollos
industriales para teléfonos celulares y muchos otros dispositivos en los que se emplee
comunicación inalámbrica.

"Cierto día un vehículo espacial transmitirá imágenes y datos a la Tierra desde muy lejos, y
todo este grupo de personas tan valioso sentirá el orgullo de haber alcanzado un objetivo
ambicioso, no sólo de fabricar una antena espacial innovadora, sino de haber hecho el esfuerzo
 de llevar nuestro conocimiento a la creación de soluciones tangibles y concretas", concluye
Fischer.

En el proyecto se han involucrado grupos de investigación y desarrollo que trabajan en la
Universidad Tecnológica Nacional, en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial, en el
 Instituto Argentino de Radioastronomía, en la Universidad Nacional de General San Martín, y el
laboratorio italiano Istituto per la Ricerca Scientifica e Tecnologica de Trento, entre otros.



Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://www.taringa.net/posts/noticias/2702386/Sat%C3%A9lites-con-nanotecnolog%C3%ADa-made-in-Argentina.html

Satélites al espacio con nanotecnología platense

Un egresado de la UNLP desarrolla aplicaciones para las comunicaciones del futuro

El año pasado se cumplió el cincuenta aniversario del histórico lanzamiento del legendario
satélite ruso Sputnik, hecho que inauguró la carrera aeroespacial, y en la actualidad en los
proyectos espaciales participan una gran cantidad de países. En ese marco, nuestro país ha hecho
 numerosos aportes y hoy suma otro grano de arena con la labor de Maximiliano Fischer, un joven
ingeniero aeronáutico de 36 años, platense, que estudió en la Universidad Nacional de La Plata
 y en Purdue University, en los Estados Unidos, quien hace varios años ayudó a iniciar proyectos
 para la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) en el Grupo de Sistemas
 Micro-Electro-Mecánicos (MEMS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), donde
 actualmente desarrolla aplicaciones microtecnológicas para misiones espaciales.
abre comillasLa meta más importante de este trabajo es la de generar la capacidad de fabricar
 dispositivos innovadores de tamaño reducidocierra comillas


"Trabajo en el diseño de piezas para futuras generaciones de satélites. Desde muy joven busco el
 modo de aplicar la creatividad y la ingeniería a mi labor, para que un día algún satélite o
 nave espacial lleve una pequeña parte de la que me sienta orgulloso", señala el platense
 Fischer, quien aprendió microtecnología en la Universidad de Harvard y en el Massachusetts
 Institute of Technology (MIT), y desde entonces, está decidido a llevar adelante desarrollos
 tecnológicos en la Argentina.

La meta más importante en su trabajo es la de generar la capacidad de fabricar dispositivos
innovadores de tamaño reducido. Para ello está contribuyendo con la formación de personal y con
 la construcción de un laboratorio de investigación y desarrollo para fabricar MEMS, que
presentan ventajas sobresalientes para sistemas espaciales. Y la idea de este equipo de
 investigadores es aprovecharlas en misiones espaciales argentinas.

LAS VENTAJAS DEL DESARROLLO PLATENSE

De acuerdo con Fischer, poner satélites en órbita "cuesta varios miles de dólares por kilo, por
lo que reducir peso y tamaño es fundamental. Además, en satélites pequeños el consumo de energía
 es menor y por lo tanto se pueden prolongar las misiones. Inclusive, muchas funcionalidades de
 estas micromáquinas son completamente novedosas, de modo que pueden lograrse sistemas o
componentes satelitales hasta hoy impensados".

Para crear piezas de máquinas tan pequeñas, se trabaja con micro y nanotecnología, dos ramas de
aplicaciones de la ciencia que estudian y manipulan la materia a escalas micrométricas y
 nanométricas, de manera respectiva. "Un micrómetro o micrón es la milésima parte de un
milímetro, mientras que un nanómetro equivale a la mil millonésima parte de un metro", señala
 Fischer, quien agrega que "los MEMS, también llamados micromáquinas, podrían compararse a chips
 o circuitos integrados, como el procesador de una computadora, pero con partes móviles".

El ingeniero egresado de la UNLP, junto a su equipo de colegas de CNEA, del grupo MEMS,
desarrollan micromáquinas que servirán para antenas de comunicaciones de última generación para
 satélites. "Nuestro objetivo es hacer antenas más eficientes para la comunicación Tierra-espacio
 y viceversa. Los `Switches MEMS de RF' son pequeñísimos interruptores fabricados sobre silicio,
 con piezas metálicas móviles de unos 700 micrones de largo, y serán la clave en antenas planas
 que podrían reemplazar a las antenas parabólicas. "Estas últimas tienen una gran desventaja, ya
 que para captar las señales deben orientarse electromecánicamente, lo que implica una gran
pérdida de energía de las baterías para moverlas", explica Fischer.

El simple hecho de orientar la antena en el espacio, requiere un tipo de motor mecánico pesado,
y además hace necesario el consumo de combustible del satélite para contrarrestar el movimiento
y mantener su orientación con respecto a la Tierra.

MIRANDO HACIA EL FUTURO

"Todos estos problemas -describe Fischer- se reducen o se anulan con el uso de una antena plana
 tipo compuesta. Se trata de un conjunto de antenas pequeñas ubicadas en una placa que se fija a
 la estructura del satélite. La antena plana compuesta puede orientar su haz de transmisión o
recepción (lóbulo de radiación) electrónicamente, sin moverse. Por lo tanto, la aplicación
propuesta de microingeniería al espacio, además de reducir el peso de los satélites en órbita
por suprimir el motor que movería la antena y disminuir el consumo de la batería, evitará el
 consumo de combustible líquido que en los actuales sistemas se emplea para estabilizar y
 reorientar el satélite cada vez que se mueve la antena".

Fischer estima que el primer sistema completo de antena plana con interruptores MEMS estará
listo en tres años. "Por ahora, tenemos listos los primeros prototipos de los interruptores,
diseñados acá y construidos en el laboratorio italiano FBK-IRST, líder europeo en microfabricación".


"Cierto día un vehículo espacial transmitirá imágenes y datos a la Tierra desde muy lejos, y
 todo este grupo de personas tan valioso sentirá el orgullo de haber alcanzado un objetivo
ambicioso, no sólo de fabricar una antena espacial innovadora, sino de haber hecho el esfuerzo
de llevar nuestro conocimiento a la creación de soluciones tangibles y concretas", concluye
 Fischer, en cuyo proyecto se han involucrado grupos de investigación y desarrollo que trabajan
 en la Universidad Tecnológica Nacional, en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial, en
 el Instituto Argentino de Radioastronomía, en la Universidad Nacional de General San Martín, y
 el laboratorio italiano Instituto per la Ricerca Scientifica e Tecnologica de Trento, entre
otros.

MEDIDAS

Las dimensiones de los elementos manejados por el equipo del ingeniero Fischer son más que
diminutas, se miden en micrones o nanómetros. Un micrómetro o micrón es la milésima parte de un
 milímetro, mientras que un nanómetro equivale a la mil millonésima parte de un metro.


Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF
http://www.eldia.com.ar/edis/20081110/informaciongeneral0.htm

MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) Technology

In less than 20 years, MEMS (micro electro-mechanical systems)
technology has gone from an interesting academic exercise to
an integral part of many common products. But as with most
new technologies, the practical implementation of MEMS technology
has taken a while to happen. The design challenges involved in
designing a successful MEMS product (the ADXL2O2E) are
described in this article by Harvey Weinberg from Analog Devices.

In early MEMS systems a multi-chip approach with the sensing
element (MEMS structure) on one chip, and the signal conditioning
electronics on another chip was used. While this approach is
simpler from a process standpoint, it has many disadvantages:

* The overall silicon area is generally larger.

* Multi chip modules require additional assembly steps.

* Yield is generally lower for multi chip modules.

* Larger signals from the sensor are required to overcome the
stray capacitance of the chip to chip interconnections, and
stray fields necessitating a larger sensor structure.

* Larger packages are generally required to house the two-chip structure.

Of course, history teaches us that integration is the most cost
effective and high performance solution. So Analog Devices
pursued an integrated approach to MEMS where the sensor
and signal conditioning electronics are on one chip.

Figure 1

The latest generation ADXL2O2E is the result of almost a decades
worth of experience building integrated MEMS accelerometers.
It is the world's smallest mass-produced, low g, low cost,
integrated MEMS dual axis accelerometer.

The mechanical structure of the ADXL2O2E is shown in Figure 1
along with some key dimensions in Figure 2.

Figure 2

Polysilicon springs suspend the MEMS structure above the
substrate such that the body of the sensor (also known as the
proof mass) can move in the X and Y axes. Acceleration causes
deflection of the proof mass from its centre position. Around the
four sides of the square proof mass are 32 sets of radial fingers.

These fingers are positioned between plates that are fixed to the
substrate. Each finger and pair of fixed plates make up a differential
capacitor, and the deflection of the proof mass is determined by
measuring the differential capacitance.

This sensing method has the ability of sensing both dynamic
acceleration (i.e. shock or vibration) and static acceleration
(i.e. inclination or gravity).

The differential capacitance is measured using synchronous
modulation/demodulation techniques. After amplification, the X
and Y axis acceleration signals each go through a 32KOhm
resistor to an output pin (Cx and Cy) and a duty cycle modulator
(the overall architecture can be seen in the block diagram in
Figure 3). The user may limit the bandwidth, and thereby lower
the noise floor, by adding a capacitor at the Cx and Cy pin.

The output signals are voltage proportional to acceleration
and pulse-width-modulation (PWM) proportional to acceleration.
Using the PWM outputs, the user can interface the ADXL2O2
directly to the digital inputs of a microcontroller using a counter
to decode the PWM.

Figure 3

Challenges in MEMS Design

The mechanical design of microscopic mechanical systems,
even simple systems, first requires an understanding of the
mechanical behaviour of the various elements used. While the
basic rules of mechanical dynamics are still followed in the
miniaturised world, many of the materials used in these
structures are not well mechanically characterised. For
example, most MEMS systems use polysilicon to build
mechanical structures. Polysilicon is a familiar material in
the IC world, and is compatible with IC manufacturing
processes.

Until recently, little work has been done to fully understand
polysilicon's mechanical properties. In addition, many materials
mechanical properties change in the microscopic world. Again,
polysilicon is a good example. In the macro world it is rarely
used as a mechanical element. It is too brittle and fragile to
withstand all but small mechanical deflections. But in the
extremely small movements of MEMS structures (less than
a few pm), it turns out to be an almost ideal material.

The electronic design of MEMS sensors is very challenging.
Most MEMS sensors (the ADXL2O2E included) mechanical
systems are designed to realise a variable capacitor.
Electronics are used to convert the variable capacitance
to a variable voltage or current, amplify, linearise, and in
some cases, temperature compensate the signal. This is
a challenging task as the signals involved are very minute.
In the case of the ADXL2O2E for example, the smallest
resolvable signal is approximately 2OzF and this is on top
of a common mode signal several orders of magnitude
greater than that! Of course, for cost reasons the
electronics must be made as compact as possible at
the same time.

The integrated approach presented further challenges.
Many standard production steps that improve the mechanical
structure degrade the electronics and vice versa. For example,
the usual method for flattening out the Polysilicon mechanical
structure is annealing (where the structure is exposed to
controlled high temperatures). While the annealing process is
beneficial to the mechanical structure, it can degrade or destroy
the BiMOS transistors used in the signal conditioning electronics.
So compatible mechanical and electronic process methods had
to be devised.

Another roadblock for the MEMS designer has been the
unavailability of standard design software. Modern integrated
circuits are rarely designed by hand. Complex CAD and simulation
software is used to help design and optimise the designers
concepts.

MEMS design software is still in its infancy, and most MEMS
manufacturers develop part or all of their CAD and simulation
software to suit their particular needs.

The fabrication process design challenge is perhaps the
greatest one. Techniques for building three-dimensional MEMS
structures had to be devised. Chemical and trench etching
can be used to "cut out" structures from solid polysilicon, but
additional process steps must be used to remove the material
underneath the patterned polysilicon to allow it to move freely.

Standard plastic injection molded IC packaging cannot be used
because of the moving parts of the MEMS structure. A cavity of
some type must be maintained around the mobile MEMS structure.
So alternative low-cost cavity packaging was developed.

In addition, this package must also be mechanically stable as
external mechanical stress could result in output changes.

Even mundane tasks, such as cutting the wafer up into single
die, becomes complicated. In a standard IC the particle residue
created by the sawing process does not effect the IC. In a
moving MEMS structure these particles can ruin a device.

The Users Challenge
MEMS sensors, like almost all electronic devices, do not
exhibit ideal behaviour. While most designers have learned
how to handle the non-ideal behaviour of op-amps and
transistors, few have learned the design techniques used
to compensate for non-ideal MEMS behaviour. In most
cases, this type of information is not available in textbooks
or courses, as the technology is quite new. So generally
designers must get this type of information from the MEMS
manufacturer.

Analog Devices, for example, maintains a web site with
design tools, reference designs, and dozens of application
notes specific to its MEMS accelerometers to ease the
users work.


Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://www.sensorland.com/HowPage023.html

human body

 It's difficult to imagine a sensor a little larger than a grain of rice improving someone's
life,let alone possibly saving it, but those goals are the driving forces behind the wireless
 blood pressure monitoring device being developed by Bradley University and two Peoria-area
 businesses.

Joining Bradley's Department of Electrical and Computer Engineering professor Dr. Prasad
Shastry in a three-way agreement to collaboratively develop the device are East Peoria-based
companies Endotronix Inc. and Validus LLC. A graduate of the Peoria NEXT Innovation Center,
Endotronix focuses on developing technologies to improve cardiovascular disease with its current
 focus being strictly on control of blood pressures. Validus LLC is an advanced electronic
engineering company focusing on emerging technologies.

"This is a great technology that's going to have a huge impact on doctors," says Bradley alumnus
 David Paul, who is president and
chief executive officer of Validus.

Dr. Prasad Shastry (left), electrical and computer engineering professor, works on research for
the sensor component of the wireless blood pressure monitoring device with Divya Gamini. After
she completed her research work at Bradley and earned her master's degree, Gamini continued to
work on the monitoring device with Validus LLC in East Peoria.

"Uncontrolled high blood pressure is a major risk factor for all cardiovascular diseases. If you
 can control blood pressure, you can dramatically reduce the risk of stroke and heart attack,"
Dr. Harry Rowland, vice president of engineering and co-founder of Endotronix, relates.
"Patients who have heart failure and kidney failure are really in critical need of blood
 pressure monitoring to keep them out of the hospital. By monitoring them more routinely when
they are out of the hospital, we would be able to prevent those diseases from progressing and
some of these acute events from actually happening."

Upon completion, the two-component device will consist of the biocompatible sensor—a pressure-sensitive
microelectromechanical system (MEMS) capacitor with a chip inductor/radiator—that will be
 implanted internally in the wall of a cardiac patient's major artery and an external, handheld
reader that patients hold in front of their body. The internal sensor sends a radio frequency
signal that indicates real-time blood pressure data to the external reader. The external device

 will then wirelessly transmit
the data via the telephone or the Internet to the doctor or hospital. Thus, the device will
 enable the doctor to monitor the blood pressure after the patient goes home.

According to Rowland, "We will be working with (severe) patients who will already be getting a
surgical intervention and an implantable device anyway. The sensor will actually "piggyback" on
 this existing medical device, therefore it will not be taking up any additional space in the
 artery. "The physician who is trained in using the medical device just uses it as he normally
would and that ends up implanting the sensor and securing it in place inside an artery."

And, what happens if the implanted device goes bad? "It just sits there because there's nothing
 active in the device," Rowland comments.

Dr. Anthony Nunez, co-founder of Endotronix and a cardiothoracic surgeon previously based in
Peoria who now works for the Hershey Medical Center in Pennsylvania, initially brainstormed
 ideas with Shastry in 2006 for developing a unit for severe cardiac patients. Nunez wanted a
unit that could measure the pressure in the arteries directly without connecting any wires
because the blood pressure cuff is not a true indicator of the pressures inside, Shastry relates.


In order to develop the sensor, Endotronix acquired licenses to use two inventions patented by
 the Glenn Research Center of the National Aeronautics and Space Administration (NASA) in
Cleveland. In order to license the patents, however, the group had to convince NASA that their
 project was sound.

"Our contribution from Bradley has been all the foundational work for this project, and that
 helped them get the licenses from NASA and hence obtain the first round of venture capital
 funding," says Shastry. He collaborated on the project with Divya Gamini, a graduate student
at the time whose position was funded through a grant from Endotronix. Through Shastry and
Gamini's work, NASA deemed the research sound. Other graduate students who assisted in the
research included Suresh Sundaram and Raghu Kancharla.

Working on the three-way agreement with Bradley University has been a positive experience,
 according to David Paul (seated), president and chief executive officer of Validus LLC, and
 Dr. Harry Rowland, co-founder and vice president of engineering for Endotronix Inc. Originally,
 Endotronix was going to utilize a company based in Silicon Valley, but Dr. Prasad Shastry
encouraged Dr. Rowland to work with the local company.

Since acquiring the licenses, Endotronix has continued to innovate and develop technology to
 commercialize wireless blood pressure monitoring.

After doing the preliminary work, Shastry says the University's role in the product's
development ended aside from Validus and Endotronix using Bradley's Advanced Microwave
Engineering Laboratory facilities for testing. "The University's job is to innovate; to come
 up with new ideas, and then educate and train students. Once we come up with new ideas through
research, then that has to be converted into a commercial product by a company."

The three-way agreement has been a positive experience for all three entities involved.

"It helps us leverage all the resources in the area," Rowland remarks. "We're much stronger if
 we work together."

One of the positives of this three-way agreement includes the training the students received in
biomedical research, Shastry says.

"Working on this project for my master's degree gave me really good exposure," Gamini says.
"I can understand more what is happening. Of course, working with Dr. Shastry is really a
 pleasure. He goes out of his way to help a student grow from within."

Gamini's research was a bridge to her current job developing the next-generation sensor at
Validus. Gamini completed her research at Bradley in December 2008 and started work with Validus
 after graduation. Gamini and Shastry presented the research at two leading international
microwave conferences: the IEEE International Microwave Symposium in Boston, Massachusetts, in
June 2009, and the European Microwave Conference in Rome, Italy, in September 2009.

As an employee of Validus, Gamini finds herself back in Bradley's Advanced Microwave Engineering
 lab working on the device.

"In the future, the focus of a lot of electronics will be how to help the human body."

Dr. Prasad Shastry, electrical and computer engineering professor

The equipment in Bradley's Advanced Microwave Engineering lab is vital to the development of the
 product, Paul comments. Without those tools, Paul relates they might have to travel a further
 distance to conduct lab work.

Now that Bradley's contribution is finished, Validus is further developing the product. Validus
hopes to finalize sensor design in early 2010, making the reader more compact.

Animal testing has begun on the product. "They were very happy that they could receive a signal
 from the sensor inside the body of the animal," Shastry states.

The device will undergo several months or years of animal studies before it is deemed to be
performing properly and proven to be safe and effective, according to Rowland. "Once we hit
 that milestone, we'll go through investigations and clearances." He estimates a couple of years
 of strictly controlled safety studies in humans will be needed before it is available in the
 market.

It has to go through all of the validation and Food and Drug Administration testing before it is
 ready, Paul adds. "It's actually a simple device, but designing it is a challenge."

"It's going to be a long time before we're ready for it, but it really does have the potential
to improve quality of life," Rowland adds.

Delving into this type of research is also a positive for the University, Endotronix, and
Validus. Shastry says, "In the future, the focus of a lot of electronics will be how to help the

human body."
Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://www.bradley.edu/bradleyworks/2010/feature3/

Applications of MEMS devices in space

As technology continues advancing, performance improvements can be expected, and the sky is not
 the Limit here. In addition to microsats, there's technology on the way that will allow us to
 have nanosats (defined as less than 10 kilograms in mass) and picosats, which are on the order
 of only one kilogram. You could plan to pre-deploy these nanosats and Picosats with your main
satellite, and use them to watch the on-orbit deployment of your main satellite.

By observing the shroud ejection and subsequent satellite deployment, you could use this record
 of the event in case of an accident, to determine what happened and who may be at fault. Was it
 the launch vehicle provider or was it the satellite manufacturer that caused the problem and
 who should be compensated for a non-functioning satellite. These nanosats and picosats will be
 small enough to be carried on the microsats themselves. This will enable them to provide a type of
"plug and play" feature to a larger satellite. Mems based devices are very reliable and robust enough to
withstand the harsh conditions in space.

Nowadays pressure sensors, acceleration sensors, various kinds of temperature sensors are
 planning to be used in space projects. Since the devices realized using MEMS are very compact
 and hence a tight packaging can be done.

The extremely compact size of the MEMS devices cannot be destroyed easily by the extreme
conditions in space. Future space missions incorporating new miniaturized instrument designs
 could benefit significantly from the application of MEMS technology. These devices can be
 affordably incorporated in highly miniaturized sensors requiring a level of manufacturing
precision not possible with current macro-scale technology. Additionally, the savings in mass
and power make these devices ideal for micro-scale, low-cost missions planned in future NASA
 programs.

Future Trends:

Space exploration in the coming century will emphasize cost effectiveness and highly focused
 mission objectives, which will result in frequent multiple missions that broaden the scope of
space science and to validate new technologies on a timely basis. MEMS is one of the key
enabling technology to create cost-effective, ultra-miniaturized, robust, and functionally
focused spacecraft for both robotic and human exploration programs.

Examples of MEMS devices at various stages of development include;

> Microgyroscope,
> Microseismometer,
> Microhygrometer,
> Qadrupole mass spectrometer, and
> Micropropulsion engine.

These devices, when proven successful, will serve as models for developing components and
 systems for new-millennium spacecraft.

The other areas of MEMS technology which are under research are:

> MEMS based systems for radioactive environments.
> The extensive use of bio-MEMS for various space missions is under serious research.
> Micro-power generators for long duration space missions can be realized using MEMS.
> Highly efficient LASER can be realized using MEMS technology.

Less cost satellites can be realized using Picosats. The uses of miniature probes for
 interplanetary research will revolutionaries the face of deep space exploration. Also deep
space exploration can be performed with higher precision using small sized satellites. The
security and functionality of large satellites can be improved using Picosats, when working as
 sub satellites to the main satellite.

Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://ipool.uni.cc/index.php/topic,108.0.html

Drilling with print heads:

 Shell and HP develop seismic sensor system
Cliff Saran
Monday 15 February 2010 02:00

Oil and gas company Shell is working with Hewlett-Packard to use technology originally developed
 for computer printers to help it discover new oil and gas reserves on land.

The two companies are developing wireless accelerometer sensors, similar to the controllers
 used in the Nintendo Wii, but a thousand times more accurate, for seismic analysis. The
 sensors are based on microelectromechanical devices (Mems), originally developed for HP print
 heads.

"These Mems devices have been developed to take electrical signals and convert them to ink
droplets," said Rich Duncombe, distinguished technologist at HP's Technology Development
 Organisation. "Just as in the semiconductor industry, the device can be used for another
function."

The oil and gas industry requires high-quality seismic data to accurately assess exploration
prospects for commercial viability and to monitor producing reservoirs effectively. Shell uses
 the devices, which act like an ultra-sensitive sonar sensor, to send sound waves through Earth,
 which are reflected and picked up by the accelerometers.

Wim Walk, manager of Novel Geophysical Technologies at Shell, said that in the past, Shell had
not been able to get enough high-resolution data to run accurate seismic models on land surveys.

"On land the quality of the data was not very good. This system will render much more
 high-resolution data," he said. The data can then be fed into Shell's imaging software for
analysing potential oil and gas reserves.

HP and Shell plan to build a production system, using the accelerometers as a starting point
 for gathering the data.

"We have to validate the design, which includes not only the sensors that are connected
wirelessly to a command and control system, but also storage systems that can handle petabytes
of data daily, together with software to devise surveys," said Jeff Wacker, leader of Services
 Innovation and HP Fellow, HP Enterprise Services.

The multiyear project will allow Shell to improve the accuracy of its seismic surveys on land.
 It plans to use a million wireless accelerometer sensors, compared with the tens of thousands
 of wired sensors it currently uses, to vastly improve the quality of seismic data.

Gerald Schotman, executive vice-president of innovation/research and development at Shell, said,
 "This will represent a leap forward in seismic data quality that will provide Shell with a
competitive advantage in exploring difficult oil and gas reservoirs, such as sub-salt plays in
 the Middle East or unconventional gas in North America."

Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://www.computerweekly.com/Articles/2010/02/15/240296/drilling-with-print-heads-shell-and-hp-develop-seismic-sensor.htm

A MEMS motion sensor leap

Bosch Sensortec claims a MEMS motion sensor leap, smallest BMA220 g-sensor in LGA housing
Triaxial digital sensor, 2 x 2 mm, reduces surface area 55% over current 3 x 3 LGA housings,
automatically recognizes specific movements, needs no external microcontroller for signal
analysis.
-- Control Engineering, 1/28/2010

Bosch Sensortec introduces the smallest BMA220 g-sensor in LGA housing."Bosch Sensortec
introduces the smallest BMA220 g-sensor in LGA housing."The BMA220 digital sensor from Bosch
Sensortec is the smallest digital acceleration sensor in LGA housing in the world â€' it
measures 2 mm x 2 mm x 0.98 mm, including LGA housing.

Bosch Sensortec says that in 2007 it was first to successfully pack sensors in LGA housings
 measuring only three millimeters â€' until then, the standard had been four millimeters.
Miniaturization continues: The new generation of 2 x 2 LGA housings occupies 79% less surface
area on a circuit board than that required for the 6 x 6 sensor that marked Bosch Sensortec's
market debut in 2005, the company says.

Smaller, more functions

BMA220, already delivered in large quantities to OEM customers, is a fully fledged, triaxial
 g-sensor with digital data output, four programmable measuring ranges from ±2 g to ±16 g,
 and integrated evaluation electronics for recognizing specific motion patterns. Originally
designed for pedometers (step counters), Bosch Sensortec wrote algorithms that shortened
development time for the end device. Other applications include 3D spatial orientation in
mobile telephones, PDAs and game controllers, as well as targeted reactions to movements, such
as the ability to mute a ring tone by tapping twice on the mobile phone.

On-sensor ASIC saves battery power

The evaluation electronics integrated in the sensor obsoletes the need for intensive signal
 evaluation by the host application's microcontroller. This greatly reduces energy use in the
mobile device, which significantly extends battery life. BMA220 algorithms for motion
recognition run internally on an ASIC, so the sensor can autonomously and automatically
distinguish between a random movement, a change in its spatial position, a single tap, double
taps, and between slow and fast changes in movement.

Customer can program motion recognition

The motion recognition parameters can be programmed by the customer. The sensor signals the
 availability of new data at the interrupt output; the sensor outputs them in conditioned form
to the digital interface. This means that end product developers can avoid complex raw 3 axis
 acceleration data from the internal micromechanical readings recorder.

Bosch Sensortec GmbH is a subsidiary of Robert Bosch GmbH, headquartered near Reutlingen to the
 south of Stuttgart (Germany). Bosch offers a wide selection of MEMS products â€' from pressure
 and acceleration sensors to yaw-rate sensors â€' many used in the automotive industry. Company
 says its annual production is more than 200 million sensors.
www.bosch-sensortec.com

Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://www.askbiography.com/newsdetail/175646.html

TINY 'MEMS' DEVICES TO FILTER, AMPLIFY ELECTRONIC SIGNALS

Researchers are developing a new class of tiny mechanical devices containing vibrating,
hair-thin structures that could be used to filter electronic signals in cell phones and
for other more exotic applications.

Because the devices, called resonators, vibrate in specific patterns, they are able to cancel
out signals having certain frequencies and allow others to pass. The result is a new type of
"band-pass" filter, a component commonly used in electronics to permit some signals to pass
through a cell phone's circuitry while blocking others, said Jeffrey Rhoads, an assistant
 professor of mechanical engineering at Purdue University.

Such filters are critical for cell phones and other portable electronics because they allow
devices to process signals with minimal interference and maximum transmission efficiency. The
new technology represents a potential way to further miniaturize band-pass filters while
improving their performance and reducing power use, Rhoads said.

The device is an example of a microelectromechanical system, or a MEMS, which contain tiny
moving parts. Incoming signals generate voltage that produces an electrostatic force, causing
the MEMS filters to vibrate.

Researchers have proposed linking tiny beams in straight chains, but Rhoads has pursued a
different approach, arranging the structures in rings and other shapes, or "non-traditional
 coupling arrangements." One prototype, which resembles spokes attached to a wheel's hub, is
about 160 microns in diameter, or comparable in size to a grain of sand.

Findings are detailed in a research paper to be presented on Sept. 2 during a meeting of the
American Society of Mechanical Engineers' Third International Conference on Micro and Nano
 Systems. The conference runs from Aug. 30 to Sept. 2 in San Diego. The paper was written by
 Rhoads and mechanical engineering graduate student Venkata Bharadwaj Chivukula.

In addition to their use as future cell phone filters, such resonators also could be used for
advanced chemical and biological sensors in medical and homeland-defense applications and
 possibly for a new type of "mechanical memory element" that harnesses vibration patterns to store information.

"The potential computer-memory application is the most long term and challenging," Rhoads said.
"We are talking about the possibility of creating complex behaviors out of relatively simple
substructures, similar to how in cellular biology you can have a relatively complex behavior by
combining hundreds or thousands of simple cells."

The band-pass filter design promises higher performance than previous MEMS technology because
 it more sharply defines which frequencies can pass and which are rejected. The new design also
 might be more robust than the traditional linear arrangement, meaning devices could contain
manufacturing flaws and still perform well.

The devices are made of silicon and are manufactured using a "silicon-on-insulator" procedure
 commonly used in the electronics industry to make computer chips and electronic circuits. The
 small, vibrating mechanical structures contain beams about 10 microns in diameter, which is
 roughly one-tenth the width of a human hair. The beams can be connected mechanically, like
tiny springs, or they can be linked using electric fields and magnetic attractions.

Raiza Pernia
CI. V-17.528.555
CRF

http://www.scitech-news.com/2009/08/tiny-mems-devices-to-filter-amplify.html

Dispositivos mecánicos ultra pequeños: los MEMS

   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 m2 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.

    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
(< 1um). Uno de los objetivos era poner en evidencia posibles desviaciones de la ley de
gravitación universal respecto de la ley establecida por Newton, como predicen algunos modelos
teóricos. Según estosmodelos, 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.

Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nuevas-herramientas/dispositivos_mecanicos_ultra_p.php

Tecnologías de micromecanizado

En la fabricación de sistemas MEMS utilizando tecnología de silicio, el micromecanizado
es la fabricación de estructuras tridimensionales de dimensiones micrométricas. Existen
dos tecnologías distintas: micromecanizado de volumen donde se definen estructuras que
abarcan un grosor de la oblea considerable y micromecanizado de superficie (o
superficial), donde se esculpen capas delgadas previamente depositadas.
En general, el proceso de micromecanizado consta de varias etapas. El número de etapas
dependerá del proceso concreto y del tipo de micromecanizado que se realice. En cualquier
caso, siempre se incluirá una etapa para definir los motivos que se quieren crear, para ello
se pueden utilizar diversas técnicas litográficas.

Micromecanizado de superficie
En el micromecanizado de superficie los elementos se definen sobre capas depositadas o
crecidas previamente sobre el sustrato de partida. En la figura se presenta un esquema de los
procesos de micromecanizado de superficie, en sección de las etapas más significativas de las dos
posibilidades de mplementación del micromecanizado de superficie.
Los procesos correspondientes a una o dos máscaras se refieren a los niveles necesarios
para definir la forma de la capa estructural. En el proceso de 1 máscara, en
primer lugar se crece sobre el sustrato una primera capa sacrificial, que será eliminada
posteriormente y sobre esta una capa estructural. A continuación se deposita la capa
estructural, ésta será la capa que forme la microestructura. Sobre esta capa se define el
patrón de la estructura. Finalmente mediante un ataque húmedo se elimina la capa
sacrificial y así se libera la estructura.
En el proceso de dos máscaras se deposita en primer lugar la capa sacrificial
y sobre esta se define un patrón que será el contacto de la capa estructural con el sustrato y
a la vez hará de anclaje de la estructura. A continuación se deposita la capa estructural,
sobre la que se define la estructura y con el mismo procedimiento que en proceso anterior
se libera la estructura
                 
Normalmente en tecnologías de silicio, un material habitual para utilizar como capa
sacrificial es el óxido de silicio (SiO2), la capa estructural puede ser polisilicio, silicio
cristalino, nitruro de silicio (Si3N4) o un metal (Aluminio, Cobre, Oro,...)

Micromecanizado de volumen
Mediante grabados, generalmente en la cara inferior del sustrato, se pueden obtener
cavidades útiles en la fabricación de membranas y otro tipo de transductores para la
fabricación de sensores. Este tipo de micromecanizado, donde se atraviesa prácticamente
toda la oblea, se conoce como micromecanizado de volumen. En la figura se muestra las
etapas de fabricación de un proceso de micromecanizado de volumen. En la cara superior
de la oblea se definen estructuras o contactos, el número de capas y niveles definidos
dependerá de la estructura y la tecnología utilizada; puede tener lugar hasta un proceso
CMOS completo. A continuación se define una máscara en la cara dorso de la oblea, que
puede ser de aluminio, óxido, nitruro o resina según el tipo de ataque que se realice. Por
último se realiza el ataque de volumen de casi toda la profundidad del sustrato, puede ser
un ataque anisótropo o isótropo. Tras esta etapa se pueden realizar más procesos en la cara
 componentes o en la cara dorso, si es preciso.
Originariamente, el micromecanizado de volumen se realizaba mediante ataques
húmedos1. Los avances en los grabados por iones reactivos (Reactive Ion Etching, RIE) en
el control de la velocidad de ataque y la profundidad que se consigue, así como la
verticalidad de los de los mismos han permitido la utilización de ataques secos
para este tipo de micromecanizado.

Villarroya Gaudó, María. Diseño y fabricación de sistemas micro / nano electromecánicos integrados monolíticamente para aplicaciones de sensores de masa y sensores biológicos con palancas como elementos transductores. 2005

Raiza Pernia
CI. V. 17.528.555
CRF

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. 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 substrato como material estructural, en lugar de utilizar el substrato mismo. 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.

Micromaquinado de Alta relación de aspecto (HAR)
Ambos micromaquinados volumétrico y superficial son todavía usados en la producción industrial de los sensores, las boquillas de chorro de tinta y otros dispositivos. Pero, en muchos casos, la distinción entre estos dos ha disminuido. La nueva tecnología de grabado, el grabado profundo por iones reactivos ha hecho posible combinar el buen desempeño típico del micromaquinado volumetrico con estructuras en peine y operaciones en plano típicas de micromaquinado superficial. Si bien es común en el micromaquinado superficial tener espesores de capa estructurales en el rango de 2 μm, en el micromaquinado HAR el espesor es de 10 a 100 μm. Los materiales comúnmente utilizados en el micromaquinado HAR son silicio policristalino denso, conocido como epi-poly, y las obleas pegadas de silicio-sobre-aislante (SOI), si bien los procesos para las obleas de silicio volumetricas también han sido creadas (SCREAM). Pegando una segunda oblea mediante fritura de vidrio, la unión anódica o unión de aleación se utiliza para proteger las estructuras MEMS. Los circuitos integrados están normalmente no combinados con el micromaquinado HAR. El consenso de la industria en este momento parece ser que la flexibilidad y la reducción en complejidad obtenidos teniendo las dos funciones separadas parece pesar más que la pequeña penalidad en el envasado.

Raiza Pernia
CI.17.528.555
CRF
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_microelectromecánicos

Sistemas microelectromecánicos

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. 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.

Aplicaciones comunes incluyen:

    * Impresoras de inyección de tinta, que utilizan piezoeléctricos o burbuja térmica de eyección para depositar la tinta sobre el papel.
    * Acelerómetros en los automóviles modernos para un gran número de finalidades, entre ellas el despliegue de colchón de aire (airbag) en las colisiones.
    * Acelerómetros en dispositivos de electrónica de consumo, tales como controladores de juegos (Nintendo Wii), reproductores multimedia personales y teléfonos móviles (Apple iPhone) [8] y una serie de Cámaras Digitales (varios modelos Canon Digital IXUS). También se usa en ordenadores para estacionar el cabezal del disco duro es detectada una caída libre, para evitar daños y pérdida de datos.
    * Giroscopios MEMS modernos utilizados en automóviles y otras aplicaciones de orientación para detectar, por ejemplo, un rolido y desplegar una cortina air-bag más o activar el control dinámico de estabilidad.
    * Sensores de presión de Silicio, por ejemplo, en sensores de presión de neumáticos de automóviles, y en sensores de presión arterial desechables.
    * Pantallas por ejemplo, el chip DMD en un proyector basado en la tecnología DLP posee en su superficie varios cientos de miles de microespejos.
    * Tecnología de conmutación de fibra óptica que se utiliza para tecnología de conmutación y alineación para comunicaciones de datos.
    * Aplicaciones Bio-MEMS aplicaciones en medicina y tecnologías relacionadas con la salud desde Lab-On-Chip (laboratorios en un chip) a Análisis Micro Total (biosensores, sensores químicos) para MicroTotalAnalysis (biosensor, chemosensor).
    * Aplicaciones IMOD en la electrónica de consumo (sobre todo pantallas en los dispositivos móviles). Se utiliza para crear tecnología pantalla de modulación interferométrica - reflexiva.
    * El Adams Golf DiXX Digital Instrucción Putter usa MEMS, concretamente un microsistema de navegación inercial para analizar los factores del movimiento del swing, incluyendo el camino, el tiempo, la velocidad y los niveles de vibración de la mano.
    * Microscopia de fuerza atómica o AFM: Los sensores de fuerza (micropalancas) usados en AFM son en sí sistemas microelectromecánicos producidos con técnicas de microfabricación. Con estos pueden obtenerse medidas de fuerzas en el rango de pN (piconewton) a nN (nanonewton), así como levantar topografías de superficies a escala atómica.

Raiza Pernia
CI. 17.528.555
CRF
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_microelectromec%C3%A1nicos#Investigaci.C3.B3n_y_Desarrollos_MEMS

MEMS, Las nanomáquinas que cambiarán al mundo

Los Sistemas Micro Electro Mecánicos (MEMS, por Microelectromechanical

Systems) son la etapa siguiente

en la revolución que comenzó con la invención del circuito

integrado. Estas nanomáquinas son tan pequeñas

que no se ven con el ojo desnudo y realizan tareas que

resultan imposibles para las máquinas comunes.

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 en sólo 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 piezas cuya dimensión 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. 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 máquinas

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

máquinas se utiliza una tecnología que, en esencia, es la

misma que se emplea para elaborar circuitos integrados. La

posibilidad de "integrar" piezas móviles es lo que ha hecho

posibles máquinas a escala nanométrica. Existen motores

a vapor del tamaño de un grano de polen y engranajes y

palancas cuya dimensión se mide en diámetros atómicos.

Hasta pequeños espejos montados sobre soportes móviles,

con una medida 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 un

bolígrafo 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

e inyecte los fármacos necesarios, en dosis adecuadas, en

función de los resultados. 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, como decíamos al

comienzo, tiene el potencial de cambiar el mundo.

Alberto J. Quiroz M
C.I: v- 17.527.276
CRF
NEOTEO

---

Técnicas micrométricas de producción en tres dimensiones.

Micromecanizado superficial. (Surface micromachining)

Esta es una técnica de fabricación aditiva para construir microestructuras sobre la superficie de una oblea o substrato, mediante sucesivos procesos de depósito de capas  finas, transmisión de patrones sobre dichas capas (litografía) y ataque selectivo. Son métodos habituales el ataque seco para marcar los patrones deseados sobre el plano XY de las capas depositadas y el ataque húmedo isotrópico para liberar las capas.

Micromecanizado en volumen. (Bulk micromachining)

Es una técnica de fabricación substractiva para construir microestructuras por eliminación de material sobrante de un substrato base, mediante el mecanizado de canales y carriles. Un método muy común es el de fototransmisión del patrón seguido de un ataque químico del substrato.

Técnicas micrométricas de producción en tres dimensiones.

En la producción de microestructuras tridimensionales de mayor complejidad que las que se pueden obtener con las técnicas anteriores se utilizan otras técnicas donde es eliminado el material de forma directa mediante herramientas de corte (microtaladros, tornos de diamante,etc.) o mediante un aporte de energía como puede ser el proceso de ablación láser o el EDM (Electrical Discharge Machining), estas técnicas son especialmente útiles en el desarrollo de prototipos y aplicaciones en el rango de micras a milímetros.

· Técnica de "wafer bonding". Es la unión oblea a oblea mediante enlaces hidrogenados y posterior calentamiento a temperaturas de unos 1000 ºC.

· Micromecanizado por ablación láser. Consiste en eliminar material en la mayoría de los metales y cristales por vaporización debida al calor, al incidir un haz de luz láser.

· Micromecanizado por diamante. Se pueden construir superficies muy lisas con geometría de alta precisión, se obtienen profundidades de corte de 1-3 mm, no todos los materiales son procesables por el diamante.

· Microperforado (microdrilling). Se caracteriza por la rotación de precisión del microtaladro y por un ciclo especial de perforado consistente en retirar y reinsertar repetidamente el taladro lo que permite que las astillas generadas salgan gradualmente del agujero.

· Estereolitografía o microfotomoldeado .Consiste en construir la estructura tridimensional endureciendo una resina especial fotosensible de forma incremental.

· Otras técnicas usadas en la realización de mecanizado de microestructuras tridimensionales son: por haz de electrones, por haz enfocado de electrones FIB, po descarga eléctrica EDM, por haz de plasma, etc. La gran mayoría de estas técnicas pueden utilizarse tanto en los procesos de conformado (crear estructuras 3D por técnicas aditivas), cómo en procesos de eliminación de material.

1.6 Técnicas LIGA.( Lithographie Galvanoformung Abformung).

Se trata de una técnica de obtención de microestructuras a partir de moldes creados mediante litografía de rayos X seguida de metalizado o simplemente obtención de las propias microestructuras realizadas por litografía de rayos X con metalizado.

Alberto J. Quiroz M

C.I: v-17.527.276

CRF

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS

MICROELECTROMECANICOS MEMS.

Manuel José López Fernández.

Ingeniero Industrial.

Complejo Hospitalario Universitario Juan Canalejo.

La Coruña.

---