Introdução aos sistemas micro electromecânicos MEMS

Os sistemas microelectromecânicos (MEMS) são dispositivos que têm partes móveis feitas de componentes microscópicos. São também designados por micromecatrónica e microssistemas. À nanoescala, fundem-se em sistemas nanoelectromecânicos ou nanotecnologia.
Os nanotubos são um processo unitário fundamental para o fabrico de sistemas micro electromecânicos mems

Os investigadores da Universidade de Illinois fizeram um grande avanço nos sistemas microelectromecânicos, e a descoberta tem uma vasta gama de aplicações. Os nanotubos são um processo unitário fundamental no fabrico de sistemas microelectromecânicos mems, e o seu trabalho tem implicações para a concepção de muitos novos tipos de mems. Os investigadores demonstraram que os nanotubos podem ser modelados utilizando dois eléctrodos de ouro e que podem ser modelados utilizando a litografia por feixe de electrões e a técnica de "lift-off".

Os nanotubos podem ser fabricados utilizando diferentes técnicas, incluindo a electrodeposição e a nanomaquinagem. O processo também permite uma vasta gama de aplicações, desde diagnósticos de utilização única no local de prestação de cuidados até dispositivos de utilização múltipla para análise de sangue e análise de contagem de células. É também utilizado em dispositivos de duplicação de ADN, como os sistemas de Reacção em Cadeia da Polimerase (PCR) que amplificam ADN minúsculo e produzem uma duplicação exacta. Outras aplicações para os nanotubos incluem redes de comutação óptica e ecrãs de alta definição.

O fabrico de nanotubos é um processo avançado que envolve a montagem de numerosos materiais funcionais e grupos funcionais. O processo permite o fabrico simultâneo de um grande número de nanodispositivos. O processo é altamente complexo e moroso, demorando em média cerca de seis meses para uma característica de cinco nanómetros.

O silício é um material atractivo para dispositivos MEMS

O silício é um material muito atractivo para os dispositivos MEMS devido às suas elevadas propriedades mecânicas e eléctricas. Além disso, é compatível com a maioria das tecnologias de circuitos integrados processados por lotes, o que o torna um material ideal para muitos tipos de sistemas miniaturizados. No entanto, o silício tem alguns inconvenientes.

Embora o SiC seja mais caro do que o silício, tem algumas vantagens. As suas propriedades eléctricas e mecânicas podem ser adaptadas aos requisitos dos dispositivos MEMS. No entanto, o SiC ainda não está amplamente disponível para os projectistas. É necessária mais investigação para desenvolver a tecnologia de processamento mais eficiente para os dispositivos MEMS de SiC.

As principais vantagens do SiC em relação ao silício são a sua elevada condutividade térmica, o elevado campo de ruptura e a elevada velocidade de saturação. Estas características fazem dele um excelente material para dispositivos electrónicos em ambientes extremos. Para além disso, tem também uma elevada dureza e resistência ao desgaste. Esta última é importante para sensores que têm de funcionar em condições difíceis.

Questões de embalagem em dispositivos MEMS

As questões de embalagem são fundamentais para a fiabilidade e o desempenho dos dispositivos MEMS. Estes dispositivos têm dimensões à escala de microns e podem ser propensos a riscos, desgaste e desalinhamento. São também vulneráveis a mecanismos de falha de fiabilidade, tais como choques mecânicos, descargas electrostáticas e aderência. Além disso, a humidade, a vibração e as peças mecânicas podem danificar os MEMS. Por estas razões, a embalagem e o processo destes dispositivos devem ser cuidadosamente considerados antes do início do projecto.

Considerar os efeitos do encapsulamento numa fase inicial do processo de concepção é essencial para o êxito de um dispositivo MEMS. Caso contrário, os programadores arriscam ciclos de concepção e fabrico dispendiosos. A solução é incorporar esses efeitos num modelo comportamental compacto, o que reduz o tempo de simulação e permite simulações mais complexas. Além disso, pode ajudar a evitar as dispendiosas armadilhas associadas a um mau acondicionamento.

Os problemas de embalagem também podem afectar a qualidade e o rendimento dos dispositivos MEMS. Nalguns casos, os dispositivos requerem uma embalagem especial que os proteja do ambiente agressivo. Como resultado, estão a ser desenvolvidas técnicas para manusear e processar estes dispositivos. No entanto, muitos destes processos são prejudiciais para o dispositivo MEMS e reduzem o seu rendimento. Este documento tem como objectivo esclarecer estes desafios e apresentar soluções para os ultrapassar.

Aplicações dos dispositivos MEMS

Os dispositivos micromecânicos (MEMS) são dispositivos minúsculos que podem efectuar muitas tarefas. Podem sentir a pressão, detectar movimentos e medir forças. Podem também ser utilizados para monitorizar e controlar fluidos. Estes dispositivos são particularmente úteis para aplicações médicas e são designados por BioMEMS. Estes dispositivos podem desempenhar várias tarefas no corpo, incluindo actuar como analisadores químicos, micro-bombas e componentes de aparelhos auditivos. A prazo, estes dispositivos poderão mesmo tornar-se habitantes permanentes do corpo humano.

Estes dispositivos são constituídos por componentes com uma dimensão entre cem micrómetros. A área de superfície de um dispositivo digital de microespelhos pode ser superior a 1000 mm2. São normalmente constituídos por uma unidade central que processa os dados e por alguns componentes que interagem com o meio envolvente.

Estão actualmente disponíveis no mercado vários dispositivos MEMS, desde sensores de função única a dispositivos do tipo "system-on-chip". Estes últimos combinam a utilização de vários dispositivos MEMS com electrónica de condicionamento de sinal e processadores incorporados. Várias indústrias implementaram a tecnologia MEMS para várias medições.