Diseo mecnicoTema:Sistemas microelectromecnicos. Carrera:Ingeniera mecnica automotriz.Grupo:N.- 3Fecha:9 de enero del 2015.

Integrantes:Aguilar Romero Angel Yasmany.Delgado Calle Esteban Homero.Rivera Caravajo Juan Andrs.

Profesor:M.I. Jonatan Pozo Palacios. IntroduccinLos sistemas microelectromecnicos (Microelectromechanical Systems,MEMS) se refieren a la tecnologa electromecnica y micromtrica que en general varan en tamao desde un micrmetro(una millonsima parte de un metro) a unmilmetro(milsima parte de un metro).Los avances en el campo de los semiconductores estn dando lugar a circuitos integrados con caractersticas tridimensionales e incluso con piezas mviles. La tecnologa MEMS puede aplicarse utilizando un sin nmero de diferentes materiales y tcnicas de fabricacin; la eleccin depender del tipo de dispositivo que se est creando y el sector comercial en el que tiene que operar.Los MEMS extienden las tcnicas de fabricacin desarrolladas para la industria de los circuitos integrados para aadir elementos mecnicos tales como vigas, engranajes, diafragmas y resortes a los dispositivos.

1. Objetivo generalDesarrollar el tema de los sistemas microelectromecnicos, investigando varios puntos de inters para comprender la materia en su mayor extensin.

2. Objetivos especficos Conocer qu son los sistemas microelectromecnicos. Investigar para qu sirven los MEMS. Examinar cmo es el proceso de diseo de los MEMS. Averiguar cmo es el proceso de manufactura de los MEMS. Buscar cuatro aplicaciones de los MEMS. Explicar cada una de las aplicaciones encontradas de los MEMS. Buscar si existe una empresa en Latinoamrica que fabriquen MEMS.

3. Marco terico La invencin del transistor en los Bell Telephone Laboratories en 1947 provoc un crecimiento rpido de la tecnologa microelectrnica. En 1954 se descubri que el efecto piezorresistivo en Ge y Si, tena el potencial para producir medidores de tensin de Ge y Si, con un factor de galga (es decir, sensibilidad del instrumento) 10 a 20 veces mayor que los basados en pelculas metlicas. Jack Kilby de Texas Instruments construy el primer circuito integrado (IC) en 1958 usando germanio (Ge) en los dispositivos, que consista en un transistor, tres resistencias y un condensador.Desde 1970, la complejidad de los circuitos integrados se ha duplicado cada dos o tres aos. Alrededor de 1982, el trmino micromaquinaria comenz a utilizarse para designar a la fabricacin de piezas de micromecnica (como el sensor de presin de diafragma o vigas acelermetros de suspensin) para los microsensores de Si. Durante 1987-1988, un punto de inflexin se alcanz en micromaquinaria cuando, por primera vez, las tcnicas para la fabricacin integral de mecanismos (es decir, cuerpos rgidos conectados por articulaciones para transmitir, controlar, o limitar el movimiento relativo) sobre Si se demostraron. En 1987, el trmino MEMS fue acuado. Los trminos equivalentes de MEMS son microsistemas (preferido en Europa) y micromquinas (preferido en Japn). [1]4. Desarrollo4.1 Qu son los sistemas microelectromecnicos (MEMS)?Los sistemas microelectromecnicos (MEMS por Micro Electro-Mechanical Systems), tambin conocidos como sistemas micromaquinados, micromquinas o microfabricados, se refieren a los sistemas en pequea escala que combinan aspectos de la ingeniera electrnica, ciencia e ingeniera de los materiales, fsica y la mecnica. Estas disciplinas se combinan para el desarrollo de sistemas mecnicos miniaturizados que son controlados electrnicamente por circuitos integrados. Este campo tiene una amplsima gama de aplicaciones comerciales, ya que abarca el diseo de sensores y actuadores miniaturizados. [2]Los MEMS son dispositivos fabricados a micro escala en un proceso por lotes (circuitos integrados y microestructuras) que convierten una seal mecnica o bilgica en elctrica y viceversa. En la figura se muestra el ejemplo de un MEMS que es un sistema de engranes. [2]

Figura 1. Sistema de engranajes microelectromecnicos. [2]

4.1.1 Ventajas de los sistemas microelectromecnicos (MEMS)Las principales ventajas de los sistemas microelectromecnicos son: Procesos de fabricacin en lotes para grandes volmenes de componentes a bajo coste. Producir dispositivos mecnicos ms pequeos, livianos, en versiones ms rpidas, con mayor precisin, consumos de energa reducidos, biocompatibles. Partes mecnicas precisamente diseadas, las cuales sern ms eficientes y durables. Producir sensores, aprovechando las propiedades electro mecnicas del Si, donde las caractersticas elctricas cambian en respuesta a cambios de parmetros particulares externos como: temperatura, presin, aceleracin, humedad y radiacin. [3]4.2 Para qu sirven sistemas microelectromecnicos (MEMS)?Los sistemas MEMS sirven para detectar, controlar y activar procesos mecnicos en la escala de micras, y funcionar de forma individual o en arreglos para generar efectos en la escala macro. La tecnologa de fabricacin en escala micromtrica permite la fabricacin de una gran cantidad de conjuntos de dispositivos, que individualmente realizan tareas sencillas, pero en combinacin pueden realizar funciones complicadas.

En un sistema microelectromecnicos, los circuitos integrados son la parte "pensante", mientras que, los MEMS complementan esa inteligencia con una percepcin activa y con funciones de control. Segn esto, hay dos clases de MEMS: sensores y actuadores. Los sensores son los dispositivos que detectan informacin. Esa informacin puede ser de diversos tipos, como por ejemplo: informacin de procesos fsicos, biolgicos, qumicos y pticos. Por otro lado, los actuadores son los dispositivos que responden o actan segn el anlisis realizado por la electrnica del aparato. [4]En la siguiente figura se puede apreciar las tres partes principales de un sistema microelectromecnico, las cuales son: detectar, controlar y actuar.

Figura 2. Micrografa electrnica. [5]

4.2.1 Caractersticas de los sistemas microelectromecnicos La integracin de componentes con diferentes naturalezas les ha proporcionado a los MEMS mayor destreza para interactuar con su entorno. Actualmente, los MEMS son capaces de percibir, interpretar y manipular hbilmente algunos parmetros del medio en el cual se desempean como presin, temperatura, flujo, desplazamiento, velocidad, aceleracin, vibracin, carga elctrica y composicin qumica por nombrar solo algunos de los ms representativos. La capacidad de paralelizacin en los procesos de fabricacin de la tecnologa MEMS ha permitido producir microdispositivos en grandes cantidades y a bajo costo; adems, la alta precisin en los procesos de microfabricacin ha permitido producir microestructuras en dos y tres dimensiones con altos niveles de reproducibilidad, eficiencia y utilidad imposibles de obtener empleando procesos de fabricacin macroscpicos. [5]4.3 Cmo es el proceso de diseo de los MEMS?En cuanto al proceso de fabricacin de MEMS, se basa en el mismo proceso que la industria microelectrnica, este requiere una precisin muy alta en todas y cada una de sus etapas. Esto hace que sea necesario desarrollar complejos sistemas sensorizados capaces de controlar, monitorear y supervisar las caractersticas y evolucin de dichos procesos.Adems de controlar y supervisar las condiciones del proceso de fabricacin, para asegurar la precisin y funcionalidad del microdispositivo producido, es necesario someter a este a numerosas pruebas una vez finalizada su fabricacin. En la siguiente figura se muestra el proceso de diseo y fabricacin de los sistemas microelectromecnicos.Figura 3. Proceso de diseo y fabricacin de los MEMS. [6]

4.4 Cmo es el proceso de manufactura de los MEMS?Para la creacin de los MEMS se usan herramientas y tcnicas similares a las que fueron desarrolladas para la industria de los circuitos integrados. Entre las tcnicas empleadas destacan la fotolitografa, moldeo por inyeccin, estampado, estreo litografa y galvanoplastia. Adems, esta tecnologa permite el uso de una gran variedad de materiales. La eleccin de ste depender del tipo de dispositivo a crear. A pesar de eso, los materiales ms comunes son el silicio, los polmeros y los metales. [4]Como en la fabricacin de semiconductores, los dispositivos MEMS se fabrican habitualmente a partir de obleas de silicio o vidrio. Sim embargo, la tecnologa MEMS ha superado sus orgenes en la industria de semiconductores al incluir a otras tcnicas de fabricacin, como el micromecanizado de silicio superficial, micromecanizado del silicio en volumen, fotolitografa, deposicin y moldeado de plstico y maquinado por electrodescarga. El procesamiento de MEMS habitualmente comprende grabados ms profundos y especializados y pueden fusionar obleas en una pila para crear un dispositivo multicapa ms grande. Los dispositivos MEMS suelen tambin tener caractersticas en ambos lados de la oblea. En algunos procesos, se requiere una serie de pasos de grabado para labrar las caractersticas deseadas. En otros procesos, mltiples capas de un material polisilicio, generalmente se depositan en la superficie de una oblea y luego se graban selectivamente, dejando caractersticas complejas de mltiples capas en la superficie. [6]Tabla 1. En la siguiente tabla se resumen las tcnicas de fabricacin de MEMS ms usadas. [6]

En la tabla mostrada anteriormente se muestran las tcnicas de micromecanizado, el proceso relacionado, as como algunas aplicaciones especficas desarrolladas para cada tcnica.

4.5 Aplicaciones de los sistemas electromecnicosLos atributos de los dispositivos basados en tecnologa MEMS han permitido su aplicacin en diversos sectores econmicos. Fundamentalmente, el xito de su aplicacin se debe a las ventajas que presenta la tecnologa MEMS sobre los sistemas macroscpicos, entre las cuales podemos mencionar: miniaturizacin sin prdidas de funcionalidad, integracin para formar sistemas monolticos, aprovechamiento de nuevos dominios fsicos, menor costo de fabricacin por unidad, menor consumo de potencia, mayor velocidad de operacin y mejoras en la sensibilidad, selectividad y exactitud. [5]Algunas reas de aplicacin ms expandidas son la medicina, la biologa, la nanotecnologa, la industria automovilstica, telecomunicaciones, industria aeroespacial, entre otras. [6]

4.5.1 Aplicacin de los MEMS en el sector automotrizHoy en da aproximadamente 30% de los sensores de un automvil estn basados en tecnologa MEMS. Aunque las nuevas aplicaciones de esta tecnologa generalmente se implementaban primero en automviles de lujo, conforme la aplicacin se consolida el volumen de fabricacin aumenta y sus costos de implementacin disminuyen, y la nueva aplicacin se transfiere a automviles de menor costo. [5]Se pueden distinguir tres reas principales de aplicacin de MEMS en el sector automotriz, las cuales son: Seguridad y confort. Sistemas informticos y de comunicacin dentro del vehculo. Gestin del motor y consumo. [6]

En cuanto a seguridad y confort, para evitar accidentes, es necesario que el conductor sea capaz de controlar al vehculo en situaciones crticas. Los vehculos ms modernos, equipados con microsensores, inteligentes procesadores de seales y rpidos actuadores, son capaces de reconocer situaciones de peligro, ayudar al conductor a mantener el vehculo bajo control y mejorar la seguridad pasiva.Los sensores de presin son otro ejemplo de microsistemas para seguridad en el vehculo. Son usados para la medicin de presin/temperatura en el neumtico, control de presin de cilindro de freno, etc. Otro MEMS frecuentemente utilizado en aplicaciones de seguridad es el acelermetro, ste es un componente clave de los sistemas airbag, siendo el responsable de su activacin al detectar un choque. Otros ejemplos de MEMS en aplicaciones de seguridad en el automvil son los microdispositivos de medicin y control de la suspensin y adherencia a la calzada, sistemas de frenada asistida y estabilizadores, sistemas inteligentes para el control de la intensidad de los faros delanteros por medicin de las condiciones ambientales, sensores radares y de distancia para la deteccin de obstculos, etc. [6]

Figura 4. Aplicacin de los MEMS en el campo automotriz. [5]

La gestin del motor es otro de los grandes campos de aplicacin de los MEMS en el automvil. Los sistemas de ignicin electrnica han provocado la aparicin de complejos sistemas de gestin del motor. Las unidades de control electrnicas modernas, equipadas con diversos sensores, permiten que los motores de inyeccin sean ms potentes y econmicos.Los nuevos sistemas de inyeccin electrnicos, con avanzados microdispositivos capaces de inyectar durante el ciclo de admisin microgotas de combustible con tamaos tan pequeos como 10 micras, permiten la construccin de motores con menor consumo de combustible y menor emisin de gases. [6]

4.5.2 Aplicacin de los MENS en el campo de la medicinaTanto la medicina como la bioqumica, sectores en los que la miniaturizacin es esencial, estn registrando una vertiginosa penetracin dentro del campo de las microtecnologas. Debido a los MEMS, las nuevas tcnicas en este sector tienden a ser menos invasivas, ms baratas y con una mayor rapidez de diagnstico. En relacin con las reas de medicina, bioqumica, clnico-qumica y farmacutica, se han abierto en los ltimos aos numerosas lneas de aplicacin novedosas, entre las que se incluyen las siguientes: Descubrimiento, desarrollo y produccin de medicamentos: microrreactores, matrices para muestras con un nmero elevado de microceldas, etc. Sistemas de dosificacin de medicamentos: pldoras inteligentes, jeringuillas sin aguja, bombas implantables, inhaladores, etc. Anlisis de ADN para diagnstico, terapia gentica, caracterizacin e ingeniera gentica y medicina forense, etc.El mayor volumen de mercado de microsistemas en medicina se produce en audfonos y marcapasos. Otros sistemas similares, aunque menos frecuentes, son los integrados en rganos artificiales, microsistemas de estimulacin de nervios y msculos, etc.Los MEMS permiten asimismo obtener informacin del cuerpo humano; microsensores de visin, medidores de glucosa, de presin sangunea, de oxgeno en la sangre, endoscopios, sistemas de diagnosis gentica, etc. [6]

Figura 5. Aplicaciones de los BioMEMS implantables. [5]4.5.3 Aplicacin de los MEMS en las telecomunicacionesDentro de las telecomunicaciones, la microtecnologia desempea un papel fundamental. La rpida expansin de los sistemas de telecomunicacin basados en la fibra ptica ha provocado un espectacular crecimiento tanto en el nmero como en el tipo de fabricantes de dispositivos y componentes pticos.Debido a la alta precisin requerida para las conexiones pticas y a la sensibilidad que presenta esta tecnologa a los desalineamientos de posicin y angulares, los microsistemas son de gran de gran importancia en los sistemas de fibra ptica. Gracias a ellos, es posible posicionar fibras de entrada y salida mediante canales micromecanizados, sin necesidad de realizar complejas y costosas operaciones de alineamiento activo. Adems, se fabrican numerosas microestructuras como elementos pticos pasivos (interruptores pticos, guas de onda, divisores de haz, etc.).En el contexto de la radiofrecuencia, la aplicacin de los microsistemas tiene un creciente inters. Las ventajas ofrecidas por los microsistemas en trminos de reduccin de tamao, consumen energtico, compatibilidad e integralidad son investigadas para el desarrollo de componentes de radio frecuencia, tales como filtros, microinterruptores y antenas. [6]

Figura 5. Aplicacin de los MEMS en las telecomunicaciones. [5]

4.5.4 Aplicaciones de los MEMS en aeronutica y defensaEl sector aeronutico se caracteriza por su necesidad de instrumentacin y sistemas de medida precisos. Una gran variedad de microsistemas es integrada hoy en da en aplicaciones de aeronutica. Entre ellos, cabe mencionar medidores de presin de aire, de aceleracin, sensores de humedad, presin, gas, temperatura, estabilizadores, etc.En el sector aeroespacial, la microtecnologa es la clave en la fabricacin de sistemas robustos, efectivos y miniaturizados para la exploracin del espacio.Otras aplicaciones en el sector espacial: microinstrumentos y microelectrnica para misiones espaciales, microhigrmetros micromotores de propulsin, fotodetectores de infrarrojo, microrobots, etc. [6]

Figura 6. Aplicacin de los MEMS en el campo aeroespacial. [5]

4.6 Empresa latinoamericana que fabrica MEMSInicia Mxico produccin de tecnologa MEMS para la industria privada.El valor del mercado de los MEMS es de 8 billones de dlares y registra un crecimiento constante de 20% al ao.UNAM (UNIVERSSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO).

Figura 7. Fabrica de sistemas microelectromecnicos.

5. ConclusionesLos sistemas microelectromecnicos estn siendo usados en varias industrias, desde sensores para airbag en el campo automotriz hasta incorporacin de microsistemas en el cuerpo humano, lo cual es muy importante, ya que su desarrollo ayudar para evitar posibles accidentes e incluso salvar vidas.Los sistemas microelectromecnicos se estn convirtiendo rpidamente en una de las tecnologas ms promisorias, con un potencial aparentemente ilimitado para dominar los desarrollos tecnolgicos futuros.Es impresionante que dispositivos tan pequeos puedan ser creados y funcionales sin que siquiera podamos verlos, y que dichos dispositivos ahora se enfocarn a la escala nano, aumentando ms an el nmero de dispositivos en un rea reducida.La tecnologa MEMS puede aplicarse utilizando un sin nmero de diferentes materiales y tcnicas de fabricacin; la eleccin depender del tipo de dispositivo que se est creando y el sector comercial en el que tiene que operar.

Bibliografa[1]ANTECEDENTES HISTRICOS DE LOS MEMS. [En lnea]. Disponible en: http://yenis2112.blogspot.com/2010/11/antecedentes-histoticos-de-los-mems.html. [Accedido: 03-ene-2015].[2]Sistemas Micro Electromecnicos. [En lnea]. Disponible en:http://www.saberesyciencias.com.mx/sitio/component/content/article/10-portada/280-sistemas-micro-electromecanicos. [Accedido: 03-ene-2015].[3]4 MEMS . [En lnea]. Disponible en:http://www.gdl.cinvestav.mx/ofelia/uploads/JJC2011/Presentaciones/4%20MEMS%20Vida%20diariaSusanaJJC2011.pdf. [Accedido: 03-ene-2015].[4][En lnea]. Disponible en:http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/516-mems-microelectromechanical-systems. [Accedido: 03-ene-2015].[5]ID326_CamachoyLeal_Introduccionalasimulacion.cap1.pdf. [En lnea].Disponible en:https://www.editorialdigitaltec.com/materialadicional/ID326_CamachoyLeal_Introduccionalasimulacion.cap1.pdf. [Accedido: 03-ene-2015].[6]Mrquez, D., & Crdenas, O. (2006). Estado del arte de los sistemas microelectromecnicos. Ciencia e ingeniera, 113-115.