Embalaje MEMS

Embalaje MEMS

- En las últimas décadas, los avances se han hecho muchos en la fabricación de estructuras mecánicas en miniatura llamados MEMS. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología se ve obstaculizado por la falta de producción-digno, en MEMS paquetes compatibles. Paquetes de MEMS no sólo debe proteger los a menudo frágiles estructuras mecánicas y proporcionan la interfaz al siguiente nivel en la jerarquía de los envases, sino que también deben ser fabricados en una manera rentable para que la masa asequibles producidos circuitos. Dado que varios miles de interruptores de RF están fabricados de forma simultánea en una sola sustrato, de un costo de proceso de envasado eficaz debe realizar la mayoría de los pasos de envases a nivel de la oblea, antes de la separación en los circuitos discretos.
Hay varios envases de obleas nivel (WLP) ampliamente utilizado con técnicas de micro mecanizado de silicio, que incluye un enlace de la fusión, unión anódica, unión eutéctica, la vinculación de compresión térmica, y la vinculación de frita de vidrio. Aunque algunas de estas técnicas de embalaje se han demostrado con los circuitos de RF MEMS, su utilización para RF MEMS es limitada. Una técnica de unión ideal debe producir un cierre hermético que tiene una constante dieléctrica igual a la del sustrato, pueden ser procesados a bajas temperaturas, y puede tolerar un amplio grado de non-planarity/roughness.

Wafer envases nivel permite que el conjunto de obleas de MEMS a envasar a la vez, mientras que en el ambiente controlado de la sala blanca.

 

Un inconveniente de la mayoría de las técnicas de envasado de obleas nivel es la exigencia de un anillo de sello. La inclusión de un anillo y las pastillas de unión adecuado fuera del anillo aumenta significativamente el área de un circuito de MEMS de RF. En ese circuito, hay cuatro áreas que deben considerarse: 1) el circuito de RF MEMS, 2) el anillo de sello, 3) la interconexión de la zona, y 4) la sangría vio. Las regiones necesaria para el anillo de sello, de interconexión de la zona, y la sangría vio aumentar el final tamaño de los circuitos de RF, reduciendo así la cantidad disponible de los circuitos por oblea. El vidrio técnica WLP frita normalmente requiere un anillo de sello y las interconexiones de la zona de 0.3-0.7 mm por cada lado. La diferencia en los circuitos se dio cuenta por oblea es sustancial. Por ejemplo , suponiendo un variador de RF 1 x 2 mm de MEMS de fase y de obleas de 150 mm (con una zona de exclusión de 5 mm y 150 micras vio sangría), hay 2152 desfasador potencial de morir por oblea de vidrio WLP frita. el mismo circuito sin anillo de sellado de 0,5 mm / zona de interconexión en todo el 6000 los rendimientos de morir circuitos de potencial por oblea. Esto produce 2,8 veces más cambiadores de fase para el área de obleas mismo! La eliminación de la zona del anillo de sello aumenta mucho el número de circuitos disponibles por oblea, lo que reduce significativamente el coste por circuito.

Ventajas - Un enfoque innovador de los envases está desarrollando actualmente en MEMtronics se llama oblea microencapsulación nivel (WLμE). Microencapsulación está diseñado para ser totalmente compatible con la fabricación de interruptor de RF MEMS Este sistema de envasado de obleas nivel elimina el sello de dar el beneficio potencial de la mucho más pequeña, los circuitos de bajo costo. En lugar de unión de una lámina de vidrio por separado a la oblea de RF MEMS, micropackages individuales se construyen en la parte superior de cada interruptor RF MEMS utilizando el mismo proceso utilizado para construir el cambio. Este proceso produce una microencapsulación de protección, de baja pérdida, el paquete con RF amistoso interconexiones. Estos procesos de envasado sólo requieren temperaturas de proceso moderado (200 ° C - 250 ° C) y tolera a la vez no planitud y rugosidad. La utilización de estándares de fabricación de semiconductores y MEMS procesos de microencapsulación crea una alternativa costo-eficiente y eficaz de los envases. Innovadoras MEMtronics cuentas proceso de microencapsulación de sólo el 28% del costo total del paquete en comparación con el interruptor de muchas estrategias convencionales que representan el 70-80% del coste total.









http://www.memtronics.com/page.aspx?page_id=36

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF.

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Los dispositivos de MEMS de RF a punto de revolucionar las comunicaciones.

Sistema micro electromecánicos (MEMS) está atrayendo un gran interés en todo el mundo, y los esfuerzos de investigación están en constante crecimiento. Esta tecnología ha logrado avances excepcionales en los últimos años y ahora está a punto de transformar RF. Los dispositivos de MEMS de RF tiene un número enorme de aplicaciones potenciales, incluidas las comunicaciones inalámbricas, militar, espacial y de instrumentación.

"El interés en la tecnología MEMS de RF y aplicaciones inalámbricas se pueden atribuir a su flexibilidad, que pueden ser explotadas para superar las limitaciones expuestas por los dispositivos de RF integrado y permitir a los circuitos con nuevos niveles de rendimiento no puede lograrse de otra manera", dice el técnico Insights Research Analyst Rajesh Kannan. "Por lo tanto, el objetivo final en la aplicación de RF MEMS es propagar el dispositivo de beneficios a nivel de todo el camino hasta el nivel de sistema.
Componentes basados en la tecnología MEMS, no sólo ofrecen un rendimiento superior y la RF tunability, pero lo hacen en un rango mucho más amplio de frecuencias de operación. Por ejemplo, un interruptor de RF MEMS proporciona al mismo tiempo la pérdida de inserción mejorada, el aislamiento y la linealidad.

Los dispositivos de MEMS de RF pueden ser potencialmente utilizados como micro interruptores para construir redes de impedancia en frente de los amplificadores de potencia y reducir el número de componentes en múltiples teléfonos móviles estándar. También se puede utilizar como inductores y capacitores sintonizables MEMS para la tensión integrado de osciladores controlados (VCO) en Sistemas de Posicionamiento Global (GPS). Dado que esta tecnología permite a los dispositivos pasivos superiores, es adecuado para numerosos aparatos que operan en la casa / terreno, móviles, y las esferas espacial, como teléfonos móviles, estaciones base, y satélites. De hecho, con propiedades características de RF MEMS "de bajo consumo de energía y de reconfiguración, la conectividad inalámbrica en todas partes ya no pueden ser una posibilidad remota.

Los esfuerzos de investigación actuales están encaminadas a desarrollar un solo circuito de RF chip en respuesta a la necesidad de los fabricantes de sistemas inalámbricos de bajo peso, volumen, costo y mayor funcionalidad. Con las empresas que buscan la integración de dispositivos MEMS directamente en el chip de radiofrecuencia, numerosos componentes discretos podría ser reemplazado, lo que ofrece un mejor rendimiento y fiabilidad, junto con ahorros significativos.

"La industria está sólo ahora comienzan a ver las ventajas de estos dispositivos integrados", dice Kannan. "Con el tiempo, esta integración puede conducir a la sustitución de todos los chips de radiofrecuencia pasiva en los dispositivos de chip, que ofrece ventajas considerables, como los factores de forma más pequeño de los teléfonos celulares y añadió funcionalidades como la conectividad a Internet".

Como los sistemas de telecomunicaciones crecerá cada vez más sofisticadas, los investigadores continuamente intento de mejorar los dispositivos de MEMS de RF en términos de tamaño y rendimiento. Una forma interesante de hacerlo es introducir nuevos materiales en su fabricación. Sin embargo, tales materiales no sólo han de poseer avanzados propiedades eléctricas y mecánicas, su proceso de elaboración debe ser también plenamente compatible con todos los pasos más involucrados en la fabricación de micro. La deposición por láser pulsado (PLD), el método ha demostrado gran potencial en el depósito de películas delgadas diferentes propiedades de diversos materiales, incluso a temperatura ambiente.

Investigadores de la Universidad de Limoges, en Francia están estudiando la electro-propiedades mecánicas de óxido de aluminio y carbono amorfo tetraédrica finas películas depositadas a temperatura ambiente utilizando PLD. Su investigación ha dado varios ejemplos que ilustran la integración de estos materiales en la fabricación de dispositivos MEMS de RF.

Los investigadores creen que estos dispositivos tienen numerosas aplicaciones prometedoras. Óxido de aluminio como dieléctrico en los conmutadores de MEMS capacitivos es una solicitud similar. También están estudiando la posibilidad de pequeños interruptores MEMS que podrían reducir el tiempo de conmutación y facilitar la integración de este componente sobre metal semiconductor complementario de óxido (CMOS) de circuitos.

En otros desarrollos interesantes, un equipo de investigación de la Universidad de Dortmund, ha desarrollado un concepto para un completo CMOS integrada compatible con la superficie de RF MEMS switch utilizando el principio de accionamiento electrostáticas. Por lo general, la integración de MEMS en el proceso CMOS se previas a la CMOS, intermedio CMOS o post-CMOS.

Este concepto se basa en la integración monolítica de un interruptor electromecánico de micro por el método de fabricación de la sustancia intermedia-CMOS. Los investigadores dicen que sólo pequeñas modificaciones del proceso CMOS son necesarios para integrar el interruptor de MEMS en el flujo del proceso. Dado que todos los pasos del proceso de nuevas medidas de la tecnología CMOS, todo el proceso sigue siendo CMOS-compatible.
"Dado que casi exclusivamente los pasos de proceso CMOS-se han desplegado y sin equipo adicional es necesario para la fabricación, esto hace que sea fácil de transferir el proceso a todas las otras OCM-tecnología-line", dice Kannan. "Los investigadores esperan que una mayor integración con los procesos de óptica y mecánica ya publicados integrada permitirá la realización de sistemas muy complejos".

El informe "Los avances en la tecnología de MEMS de RF" (Frost & Sullivan Código: D369) proporciona un análisis detallado de las nuevas tecnologías de MEMS de RF y sus principales aplicaciones potenciales. Se analizan los avances tecnológicos y tendencias importantes en todo el mundo en el dominio de MEMS de RF, y ofrece un desglose de la investigación en curso crítico de la región.

http://mobiledevdesign.com/hardware_design/RF-MEMS-communications/

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF.
 

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Antenas y modulos t/r MENS

La polarización y la reconfiguración del patrón de radiación, y tunability frecuencia, suelen ser alcanzado por la incorporación de componentes agrupados sobre la base de la tecnología de semiconductores III-V, como único polo único tiro (SPST) interruptores o diodos varicap. Sin embargo, estos componentes pueden ser fácilmente sustituidos por conmutadores de RF MEMS y varactores con el fin de aprovechar la pérdida de inserción baja y el factor Q alto que ofrece la tecnología de MEMS de RF. Además, los componentes de MEMS de RF pueden ser integrados monolíticamente sobre sustratos de baja pérdida dieléctrica, como el vidrio borosilicato, de cuarzo o LCP, mientras que la III-V sustratos semiconductores son por lo general con pérdidas y tienen una alta constante dieléctrica. Una baja pérdida tangente y baja constante dieléctrica son de importancia para la eficiencia y el ancho de banda de la antena.
 
El estado de la técnica incluye una frecuencia de MEMS de RF de antenas fractales sintonizables para el rango de 0.1-6 GHz, y la integración real de RF-MEMS por cuenta propia antena de Sierpinski similares juntas para aumentar el número de sus frecuencias de resonancia, amplía su oferta a 5 GHz, 14GHz y 30GHz un patrón de radiación de RF MEMS reconfigurable espiral de la antena de 6 y 10 GHz, un patrón de radiación de RF MEMS reconfigurable espiral de la antena para la banda de 6.7 GHz de frecuencia basadas en paquetes Radant SPST-MEMS interruptores RMSW100, una de MEMS de RF multibanda de la antena fractal de Sierpinski, una vez más integrado con conmutadores de RF MEMS, el funcionamiento en diferentes bandas desde 2,4 hasta 18 GHz, y un 2-bit banda Ka RF MEMS frecuencia ajustable ranura de la antena.

módulos T / R.

Dentro de un T / R módulo, como se muestra en la figura. 7, limitadores de MEMS de RF, sintonizables redes de adaptación y desfasadores TTD puede ser utilizado para proteger la LNA, tirar de la carga del amplificador de potencia (PA) y el tiempo de retardo de la señal de RF, respectivamente. Si T RF MEMS / interruptores R - es decir, de un solo polo doble tiro (SPDT) interruptores, se puede utilizar depende del ciclo de trabajo y la frecuencia de repetición de impulsos(PRF) del pulso de onda de radar Doppler. Hasta la fecha, RF MEMS duplexores sólo se puede utilizar en PRF baja y media PRF formas de onda de radar para la detección de largo alcance, que utilizancompresión de impulsos y por lo tanto tienen un ciclo de trabajo en el orden de microsegundos.



 Los componentes de MEMS de RF en una matriz de lectura óptica pasiva.

 

Componentes de MEMS de RF en un T / R módulo.

http://en.wikipedia.org/wiki/RF_MEMS

Hermes Quiroz. Comunicaciones de Radiofrecuencia. CRf.

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Desfasadores MENS

RF MEMS desfasadores han permitido pasiva angular matrices de lectura óptica, tales como lentes, reflejan las matrices, subarreglos y redes de conmutación de la formación de haz, conefectivos de alta potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE), también conocido como el poder producto de la apertura y la alta G R / T. PIRE es el producto de la transmisión de ganancia, t G, y la potencia de transmisión, t P. G R / T es el cociente entre la ganancia y recibir la temperatura de ruido de la antena. Una pire de alta y G R / T es un requisito previo para la detección de largo alcance. La PIRE y G R / T es una función del número de elementos de la antena por subarreglo y del máximo ángulo de exploración. El número de elementos de la antena por subarreglo deben ser elegidos para optimizar la PIRE o el G x PIRE r / t de producto, como se muestra en las figuras inferiores.





Pasivo subarreglos sobre la base de cambiadores de fase de MEMS de RF se puede utilizar para reducir la cantidad de módulos T / R en una matriz de lectura óptica activa. La declaración se ilustra con ejemplos en la figura. 3: asumir un uno por ocho subarreglo pasiva se utiliza para transmitir y recibir, con las siguientes características: f = 38 GHz, G r t = G = 10 dBi, AB = 2 GHz, P t = 4 W. El de baja pérdida (6,75 ps / dB) y buen manejo de potencia (500 MW) de la desfasadores RF MEMS permiten un EIRP de 40 W y un G R / T, de 0.036 1 / K. El número de elementos de la antena por subarreglo debe ser elegido con el fin de optimizar la PIRE o el G x PIRE r / t de producto, como se muestra en la figura. 3 y fig. 4. La ecuación de radar puede ser utilizado para calcular el alcance máximo para que los objetivos pueden ser detectados con 10 dB de relación señal ruido a la entrada del receptor.



en la que k B es la constante de Boltzmann, λ es la longitud de onda en espacio libre, y σ es el RCS de la meta. Rango de valores se tabulan en la Tabla 1 para los siguientes objetivos: una esfera con un radio, una de 10 cm (σ = π a 2), un reflector de esquina diedro con el tamaño de las facetas, una de 10 cm (σ = 12 A / 4 λ 2), la parte trasera de un coche (σ = 20 m 2) y para un no-contemporáneo de aviones de combate evasiva (σ = 400 m 2). Una banda Ka ESA híbrido capaz de detectar un vehículo a 100 metros por delante y la contratación de un avión de caza a 10 km se puede realizar usando 2,5 y 422 subarreglos pasivas (y módulos T / R), respectivamente.



El uso de cierto tiempo-retraso de desfasadores TTD en lugar de cambiadores de fase de RF MEMS permite ultra-wideband (UWB), el radar de onda asociada con la resolución de la gama alta, y evita haz de entrecerrar los ojos o la frecuencia de escaneo. Desfasadores TTD están diseñados utilizando el principio de línea de conmutación o la carga distribuida principio de línea. Cambiar-línea TTD desfasadores son superiores a la carga distribuida línea TTD desfasadores en términos de tiempo de retardo por la figura de ruido de decibelios (NF), especialmente en las frecuencias hasta la banda X, pero son inherentemente digital y requieren de baja pérdida y alta SPNT interruptores de aislamiento. Distribuido cargada línea TTD desfasadores, sin embargo, puede realizarse de manera análoga o digital, y en factores de forma más pequeños, lo cual es importante a nivel subarreglo. Desfasadores Devices son parciales a través de una sola línea de polarización, mientras que multibit desfasadores digitales requieren un bus paralelo, junto con sistemas de enrutamiento complejas a nivel subarreglo. Además, el uso de una tensión de polarización analógico evita errores de cuantización gran fase, que deterioran el PIRE y haz una exactitud, y elevar el nivel de lóbulos de una matriz de lectura óptica .

El estado de la técnica en el pasivo matrices de lectura óptica, que se muestra en la figura. 6, incluye una banda X talón transversal continuo (CTS) matriz alimentado por una fuente lineal sintetizado por dieciséis 5-bit reflejar tipo desfasadores RF MEMS basado en voladizo óhmico interruptores MEMS de RF, una banda X 2-D que consiste en la lente en paralelo con guías de onda de la placa y 25.000 en voladizo óhmico interruptores MEMS de RF [28], y una forma W-banda de red de conmutación de la formación de haz sobre la base de un interruptor de MEMS de RF SP4T y una lente Rotman escáner plano focal.


http://en.wikipedia.org/wiki/RF_MEMS

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF. 

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RF MEMS, resonadores.

Diseños de Sandia, caracteriza y entrega en miniatura, fiables componentes MEMS de RF y sistemas tales como filtros, interruptores y osciladores que proporcionan capacidades para diferenciar los grupos del sistema de Sandia impactan la seguridad nacional y las armas nucleares.

Nitruro de aluminio RF MEMS Resonadores

Sandia ha desarrollado un nitruro de aluminio (AlN) el proceso para la fabricación de MEMS de RF resonadores de micro a frecuencias que van desde 1 MHz a 3 GHz. Este proceso utiliza el mismo equipo y los materiales que fueron desarrollados para fabricar FBARS (resonadores granel película acústica), que son ampliamente utilizados para aplicar duplexores teléfono celular y los filtros de 1,9 gigahertz. Como FBARS, el mecanismo de transducción piezoeléctrica de estos resonadores permite la realización de filtros de baja pérdida de inserción. A diferencia de FBARS, el proceso de Sandia AlN resonadores permite a cualquier frecuencia entre 1 MHz y 3 GHz a ser fabricados en la oblea mismo, porque la frecuencia de resonancia está determinada litografía. El proceso también incluye resonador AlN tungsteno único de Sandia moldeado (W) capacidades. La incorporación de W en el proceso de AlN elimina la necesidad de resonadores que se suspende sobre el sustrato por un cuarto de onda de las vigas. Esta es la tecnología que permite la ampliación de los resonadores AlN en el rango de GHz, sin la introducción de modos espurios, la reducción del factor de calidad (Q), y con el poder aceptable tanto para el manejo de transmitir y recibir rutas en las radios de dúplex completo. Esta tecnología es más adecuada para la realización de resonadores de 1 MHz a 3 GHz, con la Q de acercarse a 5000, y la impedancia de menos de 300 Ohms.



108 Mhz dual mode AINS RF MENS Filtro.


Medido y respuesta simulada del filtro de modo dual con impedancias
de terminacion diferentes.

Estrecho de polisilicio brecha RF MEMS Resonadores.

Un resonador de MEMS de polisilicio proceso se ha desarrollado en Sandia para la fabricación de alta Q y referencias oscilador de frecuencia intermedia (IF) de filtros. Este proceso puede lograr electrodo a resonador lagunas de menos de 100 nm, que es necesaria para reducir la impedancia de los dispositivos de capacitivamente transducida. Mientras que los resonadores de alta frecuencia puede ser aplicado en este proceso, es el más adecuado para la fabricación de resonadores debajo de los 200 MHz, porque los niveles de impedancia son significativamente más bajos en esas frecuencias. Las ventajas de estos resonadores de silicio policristalino, en comparación con resonadores piezoeléctricos microfabricated incluyen Q mucho más alto (> 60.000), de baja deriva, tunability, y la sensibilidad de vibración baja. Estas propiedades hacen que μresonators polisilicio ideal para la aplicación de los osciladores en miniatura y si los bancos de filtro para aplicaciones de RF MEMS.
 


Modo de 52 Mhz lame `` Polisilicon RF MENS Resonator´´



Transmision de medición de la Lame ``RF MENS Resonator´´

RF MEMS Fiabilidad
A través de la medición, la caracterización y análisis, nos proporcione retroalimentación de los clientes para mejorar el funcionamiento, rendimiento y fiabilidad de los componentes de MEMS, específicamente RF interruptores. Tenemos pruebas de capacidades en el nivel de DARPA para los interruptores MEMS (RFMIP), de 10 GHz. Hemos llevado a cabo estudios de control ambiental de la actuación del interruptor y vida útil a temperaturas de-15C a 75C, incluido el ciclo. A través de análisis de fallos, hemos trabajado con nuestros clientes para mejorar la comprensión de la operación, mecánica y eléctricamente. Hemos realizado pruebas para entender los problemas de contaminación que han causado los fallos temprana. Estamos investigando la funcionalidad y el rendimiento de las aplicaciones de sensores de RF para controlar la corrosión y para predecir fallos de los componentes críticos. Mediante la utilización de los conocimientos de MEMS y proporcionando capacidades exclusivas de medición y caracterización, que puede ser una parte integral de cualquier proyecto de MEMS.

http://www.mems.sandia.gov/about/rf-mems.html

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencias. CRF

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Microelectromecánicos Systems, MEMS

Micromotor de Sandia

Microelectromecánicos Systems, MEMS, son sistemas basados en una serie de tecnologias,lo cual son diminutos elementos mecánicos, sensores y actuadores, puede ser implementados. Resulta que estos elementos tienen ciertas propiedades. El excelente sistema son con frecuencia, que la interfaz con microelectronicos de conducción o elementos sensibles ( VA) de envases o en la misma oblea de silicio. El silicio semiconductor no sólo es bueno para la fabricación de electrónica, pero sus propiedades físicas son muy buenas.
La mayoría de los componentes de MEMS se implementan mediante procesos parecidos a los utilizados para la producción de microchips (circuitos VLSI). En los días anteriores de la difusiones y desarrollo de MEMS y grabados en obleas a granel se utiliza , sensoreprincipalmente ( "micro a granel"). Más tarde, "micromaquinas superficie" ha desarrollado una técnica que ha dado el ámbito de un verdadero estímulo. Ese tipo de proceso puede ser comparado a hornear un pastel de crema de apilamiento de varias capas. La "crema" en la torta se asemeja a lo que se llama "capas de sacrificio" que separan a otros "capas estructurales", cuando la construcción de la unidad. Las capas de sacrificio son los espaciadores que más tarde se retiran, lo que las capas estructurales para ser liberados. De esta manera los elementos mecánicos tales como vigas, diafragmas o los discos son libres de moverse como se pretendía. La ventaja de utilizar técnicas de procesamiento de IC no es sólo para poder poner en práctica las microestructuras, sino también para que miles o millones de elementos iguales a ser fabricado, al mismo tiempo a un bajo costo (procesamiento por lotes).



Interruptor de MENS (CL Goldsmith, et al.)

En este mundo de micro el diseñador tiene que hacer frente a los efectos y las fuerzas de dimensiones muy distintas en el mundo macroscópico, como las fuerzas atómicas y los efectos de superficie. Sin embargo, un completamente nuevo grado de freeedom también se da al diseñador del sistema. Además de lo que puede lograrse sólo mediante el uso de componentes electrónicos, otro excitante gama de efectos están disponibles! El diseñador puede utilizar las propiedades físicas mecánicos o por otros en los materiales y selecciona los que son más adecuados para su aplicación. Un montón de principios físicos que existen al seleccionar la que se utilizará, por ejemplo, en un diseño de detector real. Típicamente, un condensador o valor de resistencia puede cambiar cuando un microbeam delgada membrana elástica o se desvía. El cambio de la tensión mecánica en una estructura puede ser el resultado cuando la experiencia de MEMS una aceleración o por una carga de presión aplicada (detección). Microelementos pueden ser obligados a pasar con la activación electrostática (actuación). Motores de ese modo la micro, microespejos muebles o rejillas orientables se puede implementar, o pequeñas partículas de fluidos puede ser forzado a través de diferentes zonas de temperatura, etc Para implementar sistemas completos, es esencial que los efectos físicos en los micro elementos, tales como la tensión y el estrés, puede ser convierte a las corrientes eléctricas y las diferencias de potencial que más adelante puede ser manejado por la microelectrónica en formas más o menos integrados (por ejemplos integrados).

Hoy en día hay una creciente actividad en el desarrollo de procesos de MEMS, herramientas de diseño y aplicaciones. Grandes expectativas existen en cuanto a la importancia del campo en el futuro. De la misma manera como la microelectrónica y computadoras han revolucionado nuestra vida cotidiana y llegó a un uso generalizado, parece probable, según los investigadores más entusiastas, que microsistemas podría ser la próxima ola. Numerosos tipos de unidades basadas en la tecnología MEMS podrían ser producidos en grandes cantidades y repartidos por diversas aplicaciones, que directa o indirectamente pudieran detectar o nos ayudan a controlar nuestro entorno físico. Algunas personas dicen que este campo tendrá un gran impacto y penetración en el desarrollo de nuestra sociedad.
El campo de MEMS es por su naturaleza una mezcla de muy diversas disciplinas como la física, la química, las matemáticas y la informática, la tecnología de materiales, electrónica, modelado y herramientas de CAD deben ser resaltados. El campo de investigación es muy diversa, que incluye campos como el desarrollo de la fabricación de nuevos y técnicas de procesamiento, la investigación de nuevos principios físicos y estructuras, ASIC (Application Specific Integrated Circuits) de MEMS, herramientas de diseño, aplicaciones, etc un desarrollo continuo hacia la miniaturización (nanotecnología) y por tanto, una integración más denso, es una fuerza impulsora.



Inductor de MENS (JB Yoon et al.)



Condensador de MENS sintonizable. (A. & K. Suyama diciembre)

Enfoque de investigación: RF MEMS

La tecnología MEMS puede ser usado para aplicar interruptores de alta calidad, varactores (reactores variable), inductores, resonadores, filtros y cambiadores de fase. Entre la amplia gama de aplicaciones de la tecnología MEMS ofrece una posibilidad única para poner en práctica resonatores micromecánica y filtros de alto rendimiento con respecto a la selectividad y Q-factores. Cuando se combinan estas estructuras mecánicas con la microelectrónica, las partes centrales de los sistemas inalámbricos, sistemas de RF (Radio Frecuencia de los sistemas) pueden ser implementados. Algunos ejemplos son los diferentes tipos de osciladores, VCO (osciladores de voltaje controlado), mezcladores y filtros de agudos. Las estructuras de MEMS lo que puede reemplazar chip costosas y pesadas fuera tradicionales componentes discretos, haciendo posible soluciones integradas que pueden ser procesadas por lotes. Vibrante resonadores de MEMS y filtros que se han aplicado hasta el momento se basan en las vibraciones mecánicas en sentido lateral o vertical en las obleas de silicio. Diferentes tipos de vigas, estructuras de peine y los discos se puede utilizar.



Filtro RF MENS. (A.-C. Wong, H. Ding, y CT-C. Nguyen).

http://heim.ifi.uio.no/~oddvar/rfmems.htm

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF.

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configuraciones de conmutadores de MEMS

Una cuestión importante en el diseño y la fabricación de interruptores de MEMS capacitivos es el valor de la capacidad ABAJO obtenidos realmente por el cambio.Cuanto mayor sea la capacidad ABAJO, el mayor aislamiento se puede lograr en el estado DOWN. El valor de diseño de la capacidad del conmutador en el estado Abajo se calcula por medio de las simples leyes de la electrostática.

Como se ilustra en la figura inferior, a diferencia de la estructura de MEMS tradicionales interruptor, una tapa de metal y un corte de metal se han añadido justo encima de la capa de dieléctrico por medio de dos evaporaciones separar el metal. De esta manera, es posible crear una perfecta, reproducibles contacto con la superficie superior de la capa dieléctrica. Cuando la tensión de accionamiento induce el puente de metal suspendidas complemento a abajo, un camino eléctrico se crea entre el puente superior y la tapa de metal por medio de la muesca. La función de la escotadura para evitar fricción estática es posible gracias a un full metal a metal entre en contacto con la membrana superior y la tapa de metal.







RF MEMS con las líneas de tendencia separados es otro enfoque para mejorar la capacidad ABAJO. Desde el sesgo de CC se aplica desde la plataforma independiente, no es necesario el aislamiento dieléctrico entre la suspensión de la membrana y director de orquesta CPW central, como se muestra en la parcela inferior.



Inicio: Interruptor de MEMS con tapa de metal.
Abajo: conmutador MEMS con línea de polarización independientes, y S-mediciones de parámetros para la muestra fabricada.




http://my.ece.ucsb.edu/yorklab/Projects/MEMS/rf_mems.htm

Hermes Quiroz, Comunicaciones de RadioFrecuencia, CRF.

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Aplicaciones y diseños de MENS.

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 MENS.



MENS 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 MENS.



Optica MENS (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 %.




Bateria MENS fuell cel.

http://www.neoteo.com/aplicaciones-de-mems-para-telefono-movil.neo

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF

Presentación del modelo RF MEMS

En la actualidad, en el área de potencia, se han desarrollado micro motores, micro

turbinas, micro generadores. En el área de biología, se han desarrollado micro sensores

para realizar el análisis en la sangre, el agua etc., micro dosificadores para la aplicación

de medicamentos en pequeñas cantidades de medicamento cada que se requiera, de tal

manera que se asimile  mejor el medicamento, que aplicando dosis grandes en un tiempo

corto. En el sector automotriz fue donde se empezaron a usar en forma comercial, y el

producto más importante son los micro acelerómetros. Este dispositivo es el elemento

central en el sistema de disparo de las bolsas de aire, ya que proporcionan una señal

eléctrica relativa a la aceleración que experimenta el vehiculo.

Presentación del Modelo.

En esta tesis trabajaremos con el estudio de los Switches de Frecuencia Radial,

cada uno de estos switches tiene dos partes o secciones; un actuador mecánico y un

circuito electrónico, el movimiento mecánico de estos switches se puede producir por

acción electrostática, magnética, térmica, o piezoeléctrica.

Figura 1

Modelo de la viga en Cantilever

En la figura 1 podemos darnos una idea de cómo es que este mecanismo

funciona dentro del sistema electrónico al cual pertenece.

A este tipo de accionamiento se le suman también diferentes tipos de fuerzas

que influyen de manera directa en el comportamiento de esos elementos.

Principio de funcionamiento

La función en resumen de estos mecanismos específicamente hablando de los

RF

MEMS

(Switches de Frecuencia Radial),  engloba un sistema micro mecánico el

cual para fines de estudio de esta tesis trabaja como una viga en cantilever o doblemente

empotrada, esta viga es sujeta a la acción de una fuerza electrostática provocando la

deflexión de la misma y como consecuencia de esta deflexión la vibración de este

mecanismo.

En el momento en que esta oscila, provoca que un palpador en la punta del mecanismo

se impacte contra un material piezoeléctrico para transformar las vibraciones mecánicas

en una diferencia de potencial mediante el uso de un circuito electrónico.

Como la vibración resultante es de una magnitud muy pequeña, al circuito eléctrico se

le tiene que añadir un amplificador para que la frecuencia de onda se magnifique; lo que

ganamos con estos dispositivos es una mayor frecuencia en un intervalo de tiempo

menor en comparación a un dispositivo en escala  macro.

Elementos Vibratorios de alta frecuencia.

Los elementos de resonancia mecánica como los RF MEMS pueden oscilar a

frecuencias muy altas, las frecuencias naturales  de un elemento de alta frecuencia

depende de forma muy directa, de las propiedades del material que esta siendo utilizado

y se puede definir de la siguiente forma:

En donde E, ρ, L son el Modulo de Young, la densidad, y lo longitud efectiva del

elemento oscilante en estudio. Mientras mas altos sean los valores entre la relación de él

modulo de young y la densidad, se pueden esperar valores de frecuencia mas alto.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/vazquez_r_fj/capitulo5.pdf

Hermes Quiroz. Comunicaciones de RadioFrecuencia. CRF

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