sábado, 26 de diciembre de 2009

PCB-MEMS

Una tendencia cada vez más presente en la fabricación de dispositivos electrónicos ultra-pequeños es mediante el uso de MEMS con materiales exclusivos para los circuitos impresos.

(EOL/Oswaldo Barajas).- La evolución electrónica a lo largo de la revolución tecnológica industrial ha dado paso a una sub-categoría de aplicación sectorial denominada “Nanotecnología” ó MEMS, donde los componentes que conforman las estructuras llegan a medir milésimas partes de un milímetro.



A través de este artículo analizaremos el uso de algunos materiales empleados en la tecnología de circuitos impresos utilizados para la fabricación de microsistemas y algunas de las ventajas que este uso dispensa durante el proceso de fabricación de PCB más económicos en comparación con la tecnología convencional basada en Silicio.

Para la producción de los microsistemas, los materiales más usados como sustratos de partida son el FR-4, una substancia conformada por fibra de vidrio e impregnada con una resina epóxica resistente a las llamas; asimismo el uso de Teflón especialmente aquellos pertenecientes a los grupos GT y GTX, Poliamida, Poliestireno y Poliestireno Entrecruzado, éstos últimos con propiedades mecánicas más pobres pero con un mayor desempeño eléctrico.



En el caso de las láminas ocupadas para la generación del material, aleatoriamente se utilizarán aquellas que sean finas a base de polímero flexible como Kapton de la firma DuPont, ó bien la LCP, con las cuales se formarán las estructuras multi-layer (poli-capas).


Cabe señalar que la clase de PCB que se obtengan como resultado del uso de los materiales antes mencionados, son también llamadas como circuitos flexibles ó rígidos-flexibles, y aunque son complicados para fabricarlos siendo por consiguiente altamente valorados por sus distintas aplicaciones, pues debido a su capacidad flexible, pueden ahorrar espacio en los mismos circuitos impresos tales como las hallados en cámaras o audífonos.
En esta etapa los ingenieros añaden otros pasos para la fabricación de los circuitos impresos a fin de prepararlos para la creación de las estructuras nanotecnológicas.
Algunas de las ventajas identificadas por parte de algunos investigadores y expertos del tema son:

• Una simplicidad en la elaboración de PCBs y de manera más barata a comparación de aquella tecnología con Silicio.
• Asimismo se ha visto una reducción en el tiempo de prototipado, convirtiéndola en más rápida.

Para la fase de fabricación se requiere de un sustrato de partida, en este caso el FR-4 y láminas de Cobre ya sea de 32, 64 o 128 μm, de esta manera el Cobre sometido a labores químicas para su eliminación producirá los bordes de los lados del canal del fluidito. En este momento se utiliza otra lámina de Cobre para cerrar el canal de forma vertical y a través de otras técnicas de adhesión especial se continúa con el trazo de cerrado. Finalmente se hace uso de la Deposición de Epoxis, cuyas resinas epoxídicas son un tipo de adhesivos llamados estructurales o de ingeniería el grupo incluye el poliuretano, acrílico y cianoacrilato; sirven para pegar gran cantidad de materiales, incluidos algunos plásticos, y se puede conseguir que sean rígidos o flexibles, transparentes o de color, de secado rápido o lento, además pueden servir como profusores en el encapsulado de los circuitos integrados y los transistores.
Cuando se llega a este paso, lo siguiente en la lista es precisar el objetivo estructural que necesitamos para nuestro proyecto, pues cabe señalar que el acomodo de las capas a manera de un sándwich conformado por capas lograremos una variedad de estructuras diversas.

Ensamble de las capas

En este parte del proyecto, el ensamblado tiene que llevarse a cabo con el mayor sentido de cuidado, pues resulta muy delicado en su manufactura.


En la siguiente imagen podemos observar una adecuada manipulación de la técnica de ensamblado para los PCB-MEMS, donde la sección del canal 28 μm x 100 μm y en la imagen inferior se aprecia el espesor inicial de la resina a 4 μm.





En las imágenes anteriores se describe el montado aconsejado de los Nano-PCBs, y en ambos casos se identifica la presencia de Cobre, ya que este metal es multi-funcional al permitir realizar cavidades fluiditas, dar paso a la conductividad de las señales eléctricas, calentamiento en corrientes elevadas y otros factores como la resistencia eléctrica y capacitancia, por mencionar algunos. Asimismo con este método se logra un amplio espectro de aplicaciones como calentadores o sensores de temperatura, detectores de burbujas, sensores de presión capacitivos, microbombas y válvulas eléctricamente controladas y foto-litografía tecnológica de punta que elimina el uso de máscaras.



Ejemplo de una Válvula eléctricamente controlada.

El avance en esta técnica ha permitido establecer nuevas posibilidades de aplicación en un futuro no muy lejano en el que se puedan crear sistemas fluiditos complejos mas electrónica en PCBs tales como válvulas pasivas y activas, micro-bombas, sensores T, de flujo, de presión, de color y de pH, por mencionar algunos.



Bibliografía:

• Nueva tecnología para microsistemas fluiditos basados en tecnología PCB. Tobias Merkel, Michael Graeber, Lienhard Pagel.
• Microsistemas fluiditos en tecnología PCB. Lienhard Pagel, Stefan Gassmann.
• Sistemas Microfluiditos de regulación pH basados en tarjetas de circuito impreso. Christia Laritz, Lienhard Pagel.
• Tecnología de Circuitos Impresos para Fabricación de Compontes Plásticos basados en Microfluiditos. Arjun P. Sudarsan and Victor M. Ugaz.
• Microsistemas fluiditos basados en tecnología de Tarjetas de Circuito Impreso. Ansgar Wego, Stefan Richter y Lienhard Pagel.
• Campos eléctricos en canales fluiditos y aplicaciones sensoriales con capacitancia. Tobias Merkel, Lienhard Pagel, Hans-Walter Glock


Fuente: http://nanoudla.blogspot.com/2009/10/pcb-mems.html

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