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Software para diseño y gestión de sistemas microelectromecánicos (MEMS)

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son diminutos componentes grabados en silicio, también conocidos en diversas partes del mundo como micromáquinas. La producción es muy compleja, a veces con cientos de pasos, cada uno con docenas de parámetros. Un proyecto europeo ha desarrollado un software que puede probar, simular, seguir la pista y compartir nuevos procesos de fabricación. Podría disminuir el tiempo de desarrollo y allanar el camino para MEMS con diseños innovadores.

Si usted puede reducirse a unas dimensiones más pequeñas que un ácaro del polvo y explorar las tripas de un coche moderno, descubriría algunas increíbles máquinas microscópicas. Cuidadosamente grabadas en obleas de silicio, son acelerómetros a microescala para activar los "airbags", giroscopios para detectar y corregir peligros de orientación y sensores de presión de neumáticos para controlar la presión.

La industria automotriz es uno de los mayores consumidores de los sistemas de microelectromecánica (MEMS). Estos diminutos componentes unen el mundo de la electrónica y el de la mecánica. Utilizando la misma los principios de fabricación empleados para producir microchips, es posible incluir dispositivos eléctricos con partes móviles en silicio.

La fabricación de MEMS es muy compleja, a veces con cientos de diferentes medidas. Cada paso debe ser controlada por una docena o más de parámetros, como temperatura, presión y composición química. "Tratar de encontrar una receta para la fabricación de un nuevo componente de MEMS es tan complejo que sería imposible sin el apoyo de tecnologías informáticas (TIC). Usted simplemente no puede mantener el ritmo con todas las variables y sus efectos en el resultado final", explica Dirk Ortloff, co-autor del proyecto Promenade financiado por la Unión Europea.

Una diferencia de cinco grados Celsius puede tener poco efecto en la producción de chips de silicio, ya que sólo dependen de las propiedades eléctricas del material. MEMS, sin embargo, también tienen propiedades mecánicas. Una pequeña variación de cualquier parámetro en la fabricación en cualquier etapa podría alterar el rendimiento del producto final.

Promenade reúne a algunos de los principales expertos en el proceso de desarrollo de los dispositivos MEMS. El proyecto consta de siete socios, incluida la industria, institutos de investigación, las universidades y los proveedores de software, de Bélgica, el Reino Unido, los Países Bajos, Alemania y Austria.

Fabricación virtual

El objetivo del proyecto fue la creación de software que puede apoyar el diseño de secuencias de la fabricación de MEMS.

Trabajando en estrecha colaboración con Bosch y el centro IMEC de investigación, así como posibles usuarios finales, la investigación se centró en tres módulos. El diseño del módulo permite a los fabricantes dar entrada y editar la secuencia de los pasos de la fabricación utilizando una interfaz gráfica. El módulo puede realmente reducir el tiempo de desarrollo mediante la realización de controles de la coherencia del flujo del proceso de ensamblado. Estos controles ayudarían a evitar los errores más comunes o equivocaciones, antes y después de la transformación.

Cada paso con sus parámetros y otros datos se almacenan en una base de datos en un formato normalizado. Ortloff dice que se trata de un importante avance para la industria de MEMS. "Actualmente, no es posible transferir instrucciones MEMS complejas junto con sus datos de apoyo por vía electrónica. Al hacer esta información disponible en un formato estándar, será mucho más rápido para los fabricantes el transferir la información y la establecer la fabricación en diferentes unidades".

El segundo módulo permite a los diseñadores simular la secuencia de fabricación. Este módulo se basa en una simulación del paquete comercial de venta por Silvaco, uno de los socios del proyecto. El desarrollo del trabajo en el proyecto ha adaptado el software de Silvaco para dar cuenta de la estructura física de MEMS. Simulaciones fiables son esenciales para diseños MEMS, con el objetivo de que el mayor número de problemas se pueden corregir antes de la producción de costosos prototipos experimentales.

El último módulo desarrollado por el consorcio Promenade es un componente de seguimiento de los documentos de todo el proceso de fabricación, todos los parámetros de cada una de las etapas, junto con imágenes y escaneos del dispositivo.

"La captura de los datos experimentales, es de rutina en la industria", dice Ortloff, "pero no existe un sistema que captura todo, y entonces organiza los datos en una forma que considera las relaciones entre ellos. Ayudamos a su vez a que todos los datos se transformen en conocimiento y, de nuevo, acelerar el proceso de desarrollo, porque no es necesario reunir todo el conocimiento de nuevo cada vez que un nuevo diseño de MEMS".

Nuevos mercados

Los resultados del proyecto han sido bien recibidos por los fabricantes de MEMS y varios productos comerciales estarán disponibles. Silvaco ofrecerá una herramienta para todos los procesos tridimensionales de análisis de simulación de flujo, incorporando los modelos de procesamiento de MEMS.

Es más, los miembros del equipo de Promenade en Cavendish Kinetics y la Universidad de Siegen (Alemania) han creado una nueva empresa, llamada "Process Relations Gmbh". La puesta en marcha ya ha completado su primera ronda de financiación y se aproxima a una segunda vuelta, ya que prepara el lanzamiento a todo el mundo comercial del sucesor de Promenade, llamado XperiDesk.

XperiDesk proporcionará por primera vez una proceso de desarrollo y sistema de ejecución (PDES) en el área de la microelectrónica y MEMS, y posteriormente también para otras industrias de alta tecnología, como la solar y la de equipos médicos. Ortloff estima el mercado de los sistemas PDE en 100 millones de euros anuales.

"XperiDesk realmente acelera el proceso de desarrollo y transferencia de los procesos, tal vez por dos o más semanas para cualquier transferencia", dice Ortloff. "También permitirá que los dispositivos y las ideas novedosas que deberán tenerse en cuenta y poner en desarrollo, mientras que antes habrían sido cancelados porque nadie podía averiguar cómo hacerlas. Para las empresas de alta tecnología con sus rápidos ciclos de vida del producto, esto puede ser una verdadera ventaja competitiva".