sistemas de comunicación basados en mems

Sistemas de comunicacin basados en MEMS

Sistemas de comunicacin basados en MEMSIng. Miguel Angel Sosa Torres

Departamento de MEMSInstituto Tecnolgico Superior de Irapuato

23 Sep. 2008

ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

Sistemas de comunicacin basados en MEMSMAST2008CONTENIDO INTRODUCCION A MEMS Descripcion de los Sistemas MEMS desde el concepto hasta su fabricacin.

MEMS EN LAS COMUNICACIONES dar un panorama general de los dispositivos MEMS empleados en la industria de las comunicaciones.

ANTENAS RECONFIGURABLES Diseo y aplicaciones.ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

IntroduccinMAST2008MEMS (MICRO ELECTROMECHANICAL SISTEMS) MEMS es una tecnologa emergente y de acelerado crecimiento que explota la infraestructura existente de la microelectrnica para el desarrollo de mquinas complejas a escala microscpica.

Comprende la integracin de elementos electrnicos y mecnicos, mediante el empleo de la microelectrnica y de las tecnologas de micromaquinado sobre un mismo sustrato.

Permite el desarrollo de sistemas inteligentes con capacidades de sensado, procesamiento, comunicacin y actuacin en un mismo circuito.ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Los MEMS en la Escala Dimensional2 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 52 51101001 k10 k100 k1 M10 M100 M1 kM10 kM0.1Dimensiones Aproximadas en tomos de Si110.1100.11101001100.1110ngnmmicrasmmm110.1100.11101001100.1110ngnmmicrasmmmDimetro Cabello HumanoLmite Tecnolgico en Microelectrnica (1998-2002) Paquetes de CIsRadio atmico Molculas, DNA Virus Bacterias Seres Humanos Autos- Autobuses Herramientas Hogareas Telfonos Celulares Piezas de MEMS MEMSEspesor de Capas en MEMS

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IntroduccinMAST2008Capacidades de los MEMSSensado Fsico Qumico BiolgicoCmputo Procesamiento Almacenamiento Actuacin Electrosttica Trmica Piezoelctrica

Comunicacin ptica RF MicroondasEnerga Almacenamiento Celdas de combustibleVariable deentradaVariable desalidaITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

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Desplazamiento mecnico de los espejos para establecer latrayectoria de la luz Funcionamiento de los MEMSCuando menos algunas de las seales que estn relacionadas con el MEMS son descritas en trminos de variables mecnicas (desplazamiento, velocidad, aceleracin, flujo, etc)MEMSEntrada:voltaje, corrienteaceleracin, velocidadluz, calor Salida:voltaje, corrienteaceleracin, velocidadluz, calor Control:voltaje, corrienteaceleracin,velocidadluz, calor ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Reduccin de dimensiones

Computacin con sensado y actuacin para cambiar la forma de percibir y controlar el mundo fisicoTecnologa de fabricacin planar utilizando microlitografaUtilizacin de equipo idntico al de la fabricacin de circuitos integradosSin embargo, se requiere agregar tcnicas de micromaquinado

Tecnologia MEMS

GiroscopioGiroscopio MEMS Circuitos de acondicionamiento80 mm1 mm(Reduccion detamao 80X )ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Beneficios de la reduccin de tamaoBeneficios de la reduccin de tamao en los CI en el dominio inio electrnicoReduccin de tamao velocidad, baja potencia, complejidad, economaMEMS: conlleva a un concepto similar MEMS extiende los beneficios de la reduccinde tamao ms all del dominio elctrico Con la tecnologa MEMS pueden obtenerse mejoras en losdesempeosVelocidadConsumo de potenciaComplejidadEconomiaFrecuencia , Const. tiempo trmica Energa de actuacin, calentamiento Densidad de integracin Batch Fab. ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

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MM 8x8 Conmutador pticoConmutacin rpida, bajas prdidas, grandes redes

Analog Devices Acelermetro Tamao reducidoConmutacin rpida, bajas prdidas, alto factor de llenado

TI Microespejo DLPAplicaciones exitosas

Impresoras: Tecnologa de inyeccin de tintaAutomotriz:Activacin de bolsas de aireRedes de datos:Conmutadores pticosVideo: Pantallas yproyectoresITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008CAD para MEMS y herramientas de SimulacinGeneracin de la idea o concepto Diseo con base en un proceso tecnolgicoMscaras en 2D y modelado slido en 3D Anlisis (Mecnico, trmico, elctrico, estructural, ptico, electromagntico, piezoelctrico)

Desarrollo delconceptoConstruccin del diseoSimulacinCreacin delModelo en 3DAnlisis detalladoFabricacinITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Procesos de fabricacin comerciales de MEMSPolyMUMPS (http://memsrus.com/svcsmumps.html)SOIMUMPS (http://memsrus.com/svcssoi.html)MetalMUMPS (http://memsrus.com/svcsmetal.html)MEMS Exchange (www.mems-exchange.org)SUMMiT (http://www.sandia.gov/mstc/technologies/micromachines/tech-info/technologies/trilevel.html)CMOSOtros procesos (http://www.memsnet.org/links/fabs.html)ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Laboratorio de caracterizacin de MEMSCuartos limpios clase 100 y 1000MicroscopiosEstacin de pruebaCmaras de vaco Generadores de funciones, Osciloscopios, analizadores de redes, analizadores de espectroAnalizadores de impedanciaMedidores LCR


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Laboratorio de fabricacinGenerador de patronesEquipo de fotolitografa Alineadora de mscaras Spinner Lmparas UV Hornos Sputtering ElectroplateadoEquipo para ataques seco y humedo


Mems en las comunicacionesMAST2008Redes pticas (MOEMS)

Sistemas de Radiofrecuencia (RF-MEMS)


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Mems en las comunicacionesITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Mems en las comunicaciones


MAST2008Mems en las comunicacionesLos dispositivos con tecnologa MOEMS ms conocidos y utilizados hasta la fecha han sido los conmutadores (switches 2D y 3D basados en micro-espejos).Un ejemplo de esta tecnologa es el conmutador basado en 3D MEMS llamado Reflexion, desarrollado por Glimmerglass que cabe en la palma de una mano. Este conmutador de 80x80 puertos puede conmutar seales dentro de los 10 ms. con una atenuacin de 2 dB 1dB y opera con fibras de 1260 nm a 1630 nm

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MAST2008Mems en las comunicacionesLos dispositivos con tecnologa MOEMS ms conocidos y utilizados hasta la fecha han sido los conmutadores (switches 2D y 3D basados en micro-espejos).

Dispositivo 2D MEMS visto desde arriba con los espejos MEMS colocados en una disposicin cruzada para obtener lafuncionalidad de cross-connect18ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

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Dispositivo 3D MEMSConmutador basado en 3D ME MS llamado Reflexion, desarrollado por GlimmerglassITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

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Mems en las comunicaciones

Micro-espejos ubicados en el corazn del ruteador ptico WaveStar de Lucent TechnologiesITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008MAST2008


MAST2008Mems en las comunicacionesDiversas empresas como Intellisense (Wilmington, Mass.) y OMM (San Diego, Calif.) estn desarrollando diseos de switches as como amplificadores, multiplexores y filtros para ser aplicados en redes pticas.


MAST2008Mems en las comunicacionesOtro ejemplo de tecnologa MOEMS usado en redes pticas es el de los dispositivos pticos basados en D-MEMS (Diffractive MEMS)La tecnologa D-MEMS est basada en la naturaleza de las ondas de luz (interferencia de y difraccin). Un arreglo de cintas reflectoras est suspendido a una longitud de onda (?) sobre un substrato de silicio reflector. Cuando la altura de las cintas con respecto al sustrato de silicio es de una longitud de onda (?), la luz reflejada desde estas dos superficies estn en fase, y el dispositivo funciona como un espejo reflejando totalmente el haz de luz.


MAST2008Cuando un voltaje es aplicado entre el arreglo de cintas y el sustrato, se genera una fuerza electromagntica, que a su vez, flexiona al arreglo de cintas reflectoras jalndolas hacia abajo. Cuando el arreglo se desplaza hacia abajo por de ?, sucede una total difraccin de la luz, lo que significa que nada de luz es reflejada.


MAST2008Otras posibles aplicaciones de los MEMS pticos

Los MEMS pticos aplicados a las telecomunicaciones tienen otras posibles aplicaciones en otros campos. Los micro-espejos utilizados en la fabricacin de los crossconnects y switches, pueden ser utilizados tambin en: Escneres Proyectores de alta resolucin Pantallas de muy alta resolucin Copiadoras Impresoras lser Computadoras pticas Etc.

Los rayos lser controlados por MEMS pueden ser utilizados en: Sensores de presin de gas Sensores de proximidad (Industria automotriz) Espectrmetros Sistemas de almacenamiento de datosMems en las comunicacionesITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

MAST2008Mems en las comunicacionesAPLICACIONES DE RADIO FRECUENCIA

MEMS RF

Estos pequeos sistemas han revolucionado las comunicaciones inalmbricas, ya que dan la posibilidad de trabajar con aplicaciones de radiofrecuencia y de onda milimtrica, adems de que ofrecen a los fabricantes, tecnologas para satisfacer las nuevas demandas, agregando a los sistemas capacidades de ancho de banda y menor consumo de energa, mejorando los estndares actuales.ITESI PRIMER SEMANA TECNOLOGICA 2008

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MAST2008Mems en las comunicacionesVENTAJAS de RF-MEMS como microsistema, en comparacin con las tecnologas convencionales son:

Activacin/operacin electrosttica: consumo de energa no esttica Cercana al interruptor elctrico ideal: baja perdida por insercin (0.1dB) y alta impedancia de aislamiento en el estado apagado Velocidad de conmutacin (

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