IPN MEMS-Fab

Proceso de micromaquinado superficial estandarizado para la academia y la industria

Acerca del proyecto

IPN MEMS-Fab es una iniciativa que surge del Laboratorio de Microtecnología y Sistemas Embebidos (MICROSE) del Centro de Investigación en Computación (CIC) del Instituto Politécnico Nacional, con el objetivo de ofrecer a la academia y a la industria una plataforma de software de libre acceso para el diseño de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) utilizando un proceso de micromaquinado superficial estandarizado.

Para este fin, el Laboratorio de MICROSE del CIC ha establecido una estrecha colaboración con el Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías (CNMN) del IPN, en el cual se cuenta con la infraestructura necesaria para la fabricación de microdispositivos en cuartos limpios.

De esta forma, utilizando los recursos que se tienen en ambos centros, es posible diseñar y fabricar MEMS siguiendo una serie de reglas de diseño que permiten la fabricación de diversos microdispositivos.

La fabricación de los dispositivos será con una metodología “Multi Project  Wafer”, por lo que diseñadores de diferentes unidades académicas o empresas que estén interesados en el desarrollo de MEMS podrán seguir un mismo proceso de fabricación en un solo sustrato, lo que permite economizar y agilizar la fabricación de prototipos.

Herramienta de Desarrollo

Electric VLSI Design

Electric es una herramienta de diseño electrónico asistido por computadora, dedicada al diseño de componentes electrónicos. Está diseñado principalmente para el diseño de circuitos integrados, pero también maneja esquemáticos e incluso lenguajes de descripción de hardware textuales. Comprende una serie de tecnologías diferentes que incluyen tecnologías MOS, bipolar y layouts híbridos. Además de estas tecnologías de diseño de circuitos integrados, puede trabajar con muchas otras formas gráficas, incluidos esquemáticos, ilustraciones, arquitecturas FPGA y más. Un editor de tecnología incorporado permite la modificación y creación de nuevos entornos de diseño.

Electric integra muchas herramientas diferentes para el análisis y síntesis de circuitos. El sistema incluye verificadores de reglas de diseño, simuladores, enrutadores y mucho más. Además, el sistema tiene un modelo elegante para integrar herramientas, lo que hace que sea relativamente fácil agregar nuevas. Tiene un poderoso front-end que proporciona restricciones de diseño y portabilidad de la plataforma, lo que significa que puede ejecutarse en casi cualquier computadora. Electric ha sido open-source durante muchos años, y está disponible actualmente bajo licencia Free Software Foundation GNU.

Sin embargo, a pesar de que Electric se compone de distintas tecnologías orientadas a diseño VLSI, las herramientas de dibujo con las que cuenta se pueden adaptar también para diseñar Sistemas Microelectromecánicos (MEMS). A través de la modificación del código fuente en Java, agregando nuevas bibliotecas y módulos, es cómo se ha implementado una nueva paleta que incluye un conjunto, por el momento básico, de estructuras para el diseño de MEMS.

Las estructuras que se han implementado hasta el momento son, actuadores térmicos Chevron, actuadores electrostáticos tipo Comb Drives, Electrodos Interdigitados (IDEs), vigas en voladizo (cantiléver), resortes y engranes básicos. Con el continuo uso de la herramienta por nuevos diseñadores de MEMS, y con la constante retroalimentación al equipo de programación, se incrementara la experiencia y se corregirán los problemas que pudieran surgir. También, se irá aumentado el número de estructuras disponibles para nuevos diseños.

Educación

Como parte de la iniciativa IPN MEMS-Fab, en el Laboratorio de MICROSE buscamos que Electric MEMS se convierta en la plataforma de diseño de MEMS predilecta en las diferentes escuelas, centros y unidades académicas del IPN que desarrollen microdispositivos electrónicos con aplicaciones en sensores y actuadores, así como de las empresas interesadas en el desarrollo de los mismos. Para esto, estará disponible de forma abierta para que cualquier diseñador interesado la pueda descargar, utilizar y retroalimentarnos para su continua mejora.

Adicionalmente, con el objetivo de difundir el conocimiento y uso de la plataforma de diseño, se impartirán cursos y talleres prácticos. Con esto se pretende que, gradualmente, Electric MEMS sea incorporado por profesores de nivel superior y posgrado en sus correspondientes planes y programas de estudios y que, en el futuro, se desarrollen aplicaciones que representen nuevos desarrollos tecnológicos que surjan desde las propias escuelas y que pueda hacer la transferencia tecnológica a un sector industrial interesado.

Así, es claro que uno de los objetivos de la iniciativa IPN MEMS-Fab es coadyuvar a la independencia tecnológica en México a través del desarrollo de soluciones tecnológicas desde la academia.

Materias

En el programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería de Cómputo (MCIC) del CIC se imparten las siguientes asignaturas como parte de la formación en el área de diseño y fabricación de microdispositivos.

Investigación y Desarrollo

En el laboratorio de MICROSE se ha desarrollado investigación en el área de diseño y fabricación de MEMS para diferentes aplicaciones. Uno de los dispositivos con los que se ha trabajado es el SAW (Sensor de Onda Acústica Superficial).


Etapas para el desarrollo de un Biosensor SAW:
 

Emprendimiento

“A partir de la aprobación del Reglamento para la Transferencia de Conocimiento, el Instituto Politécnico Nacional (IPN) establece requisitos y procedimientos para la conformación de asociaciones estratégicas y de alianzas tecnológicas, consorcios, unidades de vinculación y transferencia de conocimiento.
 
Es decir, se podrá generar redes regionales de innovación y nuevas empresas de base tecnológica, que incluye los Spin-off y Spin-out, que son esquemas productivos en los que participarán los alumnos, egresados, personal académico y personal de apoyo del Politécnico y la propia institución.
 
Lo anterior significa que los conocimientos, tecnologías, resultados de trabajos, tesis de licenciatura, así como los proyectos terminales: de tesis de grado, de investigación y los procesos de innovación desarrollados en el IPN por sus alumnos e investigadores, podrán originar empleo, actividad económica, productividad, competitividad y progreso social[1]
 
Esta es precisamente la visión de esta iniciativa. Con esto, se da un nuevo perfil a los desarrollos en el IPN, lo que se busca es precisamente que, en un principio, se genere conocimiento que, de la mano de alumnos y profesores, pueda generar desarrollos tecnológicos que concluyan en soluciones tecnológicas a necesidades de la sociedad. Esto representa la apropiación del conocimiento y la tecnología, que podrá conducir a la independencia tecnología en México así como a la creación de una industria nacional para el desarrollo de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) en forma de sensores y actuadores.

Comunidad

El equipo de trabajo de la iniciativa IPN MEMS Fab es multidisciplinario, en él se integran alumnos e investigadores de diferentes disciplinas.

 

Una de nuestras metas es que más alumnos, profesores e investigadores, no solo del CIC sino de otras Escuelas, Centro y Unidades tanto del IPN como de otras instituciones, se integren al grupo de desarrollo y contribuyan con el desarrollo de nuevas ideas y tecnologías que hagan que la iniciativa IPN MEMS Fab se fortalezca y adquiera mayor presencia nacional.

 

Actualmente el grupo está integrado por:

 

  • Dr. Marco Antonio Ramírez Salinas: Investigador del CIC-IPN.
  • Dr. Héctor Báez Medina: Investigador del CIC-IPN.
  • Germán Quiroz Merino: Investigador del CIC-IPN.
  • M. en C. Luis Alejandro Barranco Juárez: Alumno de Doctorado del CIC-IPN.
  • M. en C. Genaro Sola Ortíz: Fábrica de Software del CIC-IPN.
  • Ing. Alfredo de Luis: Programador, Fábrica de Software del CIC-IPN.
  • Dr. Jacobo Munguía Cervantes: Investigador del CNMN-IPN.

Eventos

En breve será anunciada la agenda de eventos del Proyecto, que incluye cursos y talleres presenciales y en línea. De igual manera se darán pláticas informativas del Proyecto.
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