Introdu

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Introdução aos Microssistemas Jacobus W.
Swart Substituindo o Prof. Renato P. Ribas
2
Sumário

• Introdução e Conceitos Básicos
• Fabricação de Micro-Estruturas
• Dispositivos e Aplicações
• Ferramentas de Auxílio a Projeto

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Evolução dos Microssistemas
Mercado

• 1996 1,3 bilhões de unidades (US 12 bilhões)
• 2002 5,4 bilhões de unidades (US 34 bilhões)
• Sensor de pressão crescimento de 18 ao ano
• Acelerômetro crescimento de 15 ao ano

Áreas de Interesse

• Indústria automobilística
• Telecomunicações
• Médica e biomédica
• Instrumentação, automação, aeronáutica, ...

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Motivação

• Miniaturização tamanho e peso
• Custo de fabricação produção em grande escala
• Flexibilidade de projeto soluções
  personalizadas
• Consumo e desempenho soluções monolíticas
• Reprodutibilidade e confiabilidade

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Estrutura dos Microssistemas
Ambiente Exterior
Sensores Atuadores
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Nomenclatura

• Microssistemas (Microsystems) - Europa
• Micro-máquinas (Micromachines) - Ásia
• MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) - EUA
• MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems)
• MST (Microsystems Technology)
• Sensores Inteligentes (Smart Sensors)

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Corrosão (Etching)
substrato
Seletiva
Anisotrópica
Isotrópica
Corrosão úmida (líquida) e seca (plasma)
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Implementação Híbrida x Monolítica
Ambiente Exterior
Sensores Atuadores
Controle Digital
Interface Analógica
CHIP 2 - circuito eletrônico
CHIP 1
CHIP único
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Fabricação de Microssistemas
Ambiente Exterior
Sensores Atuadores
Controle Digital
Interface Analógica
Solução Monolítica
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Tipos de Usinagem
1. Back-Side Bulk Micromachining
substrato
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Back-Side Bulk Micromachining ...
dispositivos suspensos
membrana
gravura back-side
Interesse

• sensor de pressão
• isolamento térmico de dispositivos

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Etching de Si para micro-usinagem
(trabalho no CCS)
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Tipos de Usinagem
2. Front-Side Bulk Micromachining
substrato
14
Front-Side Bulk Micromachining ...
Uso de Processos Estandares
passivação
dielétrico
pad
open area (contato via ...)
transistor
substrato
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CMOS ES2 1.0um
16
Ataque Anisotrópico CMOS x GaAs
Silicon (CMOS)
AsGa
17
Front-Side Bulk Micromachining ...
Camada Residual
pad
transistor
open area (contato via ...)
substrato
18
Tipos de Usinagem
3. Surface Micromachining
substrato
19
Surface Micromachining ...

• Processo MUMP (MCNC)

20
Surface Micromachining ... Integração de
Dispositivos Eletrônicos
21
Formas de Micro-Usinagem ...
Resumo
Back-Side Bulk Micromachining
Front-Side Bulk Micromachining
Surface Micromachining
etching
etching
etching
substrato
etching
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Dispositivos e Aplicações
Exploração das estruturas micro-usinadas para
sensação de estímulos, acionamento e melhora do
desempenho de componentes eletrônicos.

• dispositivos térmicos
• dispositivos para sistemas ópticos
• micro-estruturas mecânicas
• componentes para circuitos microondas

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Dispositivos Térmicos
24
Isolamento Térmico
substrato
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Isolamento Térmico...
Componentes Passivos (Resistor)

• TCR (1/?o)(d?/dT)

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Termopares Integrados
Efeito Seebeck
?V1 ?1 . ?T
T1
?T
T2
27
Aplicação para Termopares
28
Atuador por Dilatação Térmica