Microtecnologia

La microtecnologia és tecnologia amb característiques properes a un micròmetre (una milionèsima part d'un metre, o 10^-6 metres, o 1 micres). Se centra en processos físics i químics, així com en la producció o manipulació d'estructures amb una magnitud d'un micròmetre.

Desenvolupament

Al voltant de 1970, els científics van descobrir que a l'agrupar grans quantitats de transistors microscòpics en un sol xip, es podien construir circuits microelectrònics que milloraven dràsticament el rendiment, la funcionalitat i la fiabilitat, tot mentre reduïen els costos i augmentaven el volum. Aquest desenvolupament va conduir a la revolució de la informació.

Més recentment, els científics han après que no només els dispositius elèctrics, sinó també els dispositius mecànics, poden ser miniaturitzats i fabricats en lots, prometent els mateixos beneficis per al món mecànic que la tecnologia de circuits integrats ha donat a el món elèctric. Mentre que l'electrònica ara proporciona els 'cervells' per als sistemes i productes avançats d'avui en dia, els dispositius micromecànics poden proporcionar els sensors i actuadors (ulls, orelles, mans i peus) que es connecten amb el món exterior.

Avui dia, els dispositius micromecànics són els components clau en una àmplia gamma de productes, com bosses d'aire per a automòbils, impressores de raig de tinta, monitors de pressió arterial i sistemes de visualització de projecció. Sembla clar que en un futur no molt llunyà aquests dispositius seran tan generals com l'electrònica. El procés també s'ha tornat més precís, reduint les dimensions de la tecnologia a la franja submicromètric com es va demostrar en el cas de circuits microelèctrics avançats que van aconseguir menys de 20 nm.

S'han desenvolupat i s'utilitzen diversos processos per a la producció de productes microtècnics. Per al processament per separació de partícules, s'han desenvolupat màquines ferramenta que es caracteritzen per una exactitud submicromètrica i precisió de treball. S'apliquen els procediments de raspat, aprofundiment, fresat, trepat, esmerilat i erosionat. Les màquines de processament estan equipades amb sistemes de mesura especials i les eines estan fetes de diamant natural, per la qual cosa, per exemple, les maduixes més petites poden tenir el diàmetre d'un cabell d'un cabell. Amb aquests procediments i sistemes de processament, es poden produir peces de formes geomètriques complexes i fins i tot lliures, generalment peces òptiques, coixinets de precisió o cossos de prova.

El procés LLIGA, que és una combinació de litografia, conformat galvànic i modelat, ha demostrat ser particularment adequat per a la producció a gran escala de productes de mida submicromètrica. Es pot utilitzar per fabricar peces de micromotors i microimpulsors, micromecanismes, dispositius microòptics, sensors òptics i més. La mida d'aquests productes varia des d'uns pocs micròmetres fins a uns quants mil·límetres. Els procediments de microprematge també s'utilitzen per a la producció de micropeces, especialment premsat per microinjecció. Per exemple, les parts individuals obtingudes per aquest procediment tenen una massa de només 0,0008 grams, és a dir, 1 quilogram inclou 1,25 milions de parts. En micromecànica, els assemblatges estan fets de diverses parts diferents (heterogènies), sovint de diferents materials (polímers, materials ceràmics, metalls i aliatges, vidre), per la qual cosa es presta gran atenció als procediments d'instal·lació (assemblatge) i unió: microenganxat, microsoldadura i soldadura làser.

Sistemes micro electromecànics

Una hòstia de silici gravada

El terme MEMS, per a sistemes microelectromecànics, es va encunyar a la dècada de 1980 per descriure sistemes mecànics nous i sofisticats en un xip, com motors micro elèctrics, ressonadors, engranatges, etc. Avui en dia, el terme MEMS a la pràctica s'usa per referir-se a qualsevol dispositiu microscòpic amb una funció mecànica, que es pot fabricar en un procés per lots (per exemple, una matriu d'engranatges microscòpics fabricats en un microxip es consideraria un dispositiu MEMS però un petit stent mecanitzat amb làser o component de rellotge no ho faria). A Europa, es prefereix el terme MST per a la Tecnologia de Micro Sistemes, i al Japó els MEMS simplement s'anomenen "micromàquines". Les distincions en aquests termes són relativament menors i sovint es fan servir indistintament.

Encara que els processos MEMS generalment es classifiquen en diverses categories, com el mecanitzat de superfícies, el mecanitzat en gran quantitat, LIGA i EFAB, existeixen milers de processos MEMS diferents. Alguns produeixen geometries força simples, mentre que altres ofereixen geometries 3-D més complexes i més versatilitat. Una empresa que fabrica acceleròmetres per a bosses d'aire necessitaria un disseny i un procés completament diferents per produir un acceleròmetre per a navegació inercial. Canviar d'un acceleròmetre a un altre dispositiu inercial, com un giroscopi, requereix un canvi encara més gran en el disseny i el procés, i molt probablement en una instal·lació de fabricació i un equip d'enginyeria completament diferents.

La tecnologia MEMS ha generat un gran entusiasme, a causa de l'àmplia gamma d'aplicacions importants on els processos MEMS poden oferir estàndards de rendiment i de confiança prèviament inabastables. En una era on tot ha de ser més petit, més ràpid i més barat, MEMS ofereix una solució convincent. MEMS ja ha tingut un profund impacte en certes aplicacions, com ara sensors automotrius i impressores d'injecció de tinta. La indústria emergent de MEMS ja és un mercat multimilionari. S'espera que creixi ràpidament i es converteixi en una de les principals indústries del segle xxi. Cahners In-Stat Group ha projectat que les vendes de MEMS arribaran als 12 mil milions de dòlars per al 2005. El grup europeu NEXUS projecta ingressos encara més grans, utilitzant una definició més inclusiva de MEMS.

La microtecnologia sovint es construeix utilitzant fotolitografia. Les ones de llum s'enfoquen mitjançant una màscara en una superfície. Sol·lidifiquen una pel·lícula química. Les parts suaus i no exposades de la pel·lícula s'eliminen. Després, l'àcid grava el material no protegit.

L'èxit més famós de la Microtecnologia és el circuit integrat. També s'ha utilitzat per a construir micromàquines. Com una branca dels investigadors que intenten miniaturitzar encara més la microtecnologia, la nanotecnologia va sorgir a la dècada de 1980, particularment després de la invenció de noves tècniques de microscòpia. Aquests materials i estructures produïts tenen entre 1-100% nm de dimensió.