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ATIVIDADES DO IPTATIVIDADES DO IPT--LSI EM LSI EM MICROTECNOLOGIAMICROTECNOLOGIA

WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORESMICROSSISTEMAS E SENSORES

IPT, SÃO PAULO, BRAZILIPT, SÃO PAULO, BRAZIL20032003

WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES

MGRMGR--2003 2003 --22

O INSTITUTOO INSTITUTO

•• O Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), fundado em 1899, é O Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), fundado em 1899, é uma empresa pública sem fins lucrativos vinculada à Secretaria uma empresa pública sem fins lucrativos vinculada à Secretaria da Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico do Estado da Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico do Estado de São Paulo. de São Paulo.

•• O IPT conta com 1300 funcionários, dos quais 891 são O IPT conta com 1300 funcionários, dos quais 891 são pesquisadores e técnicos, em 72 laboratórios, aptos a realizar pesquisadores e técnicos, em 72 laboratórios, aptos a realizar mais de 3.000 tipos de ensaios, testes e análises. mais de 3.000 tipos de ensaios, testes e análises.

•• Pela excelência de sua pesquisa, o IPT recebeu diversos prêmios Pela excelência de sua pesquisa, o IPT recebeu diversos prêmios entre os quais destacamos o Prêmio FINEP de Inovação entre os quais destacamos o Prêmio FINEP de Inovação Tecnológica 2002. Tecnológica 2002.


MGRMGR--2003 2003 --33

CARACTERÍSTICAS DO IPTCARACTERÍSTICAS DO IPT

•• Possui Laboratórios nas mais diversas áreas do Possui Laboratórios nas mais diversas áreas do conhecimento permitindo sua inserção em áreas conhecimento permitindo sua inserção em áreas tecnológicas de ponta multidisciplinares;tecnológicas de ponta multidisciplinares;

•• Se propõe servir como ponte entre os setores Se propõe servir como ponte entre os setores acadêmicos e industriais;acadêmicos e industriais;

•• Tem equipes qualificadas para realizar pesquisas e Tem equipes qualificadas para realizar pesquisas e desenvolver tecnologias em áreas como desenvolver tecnologias em áreas como MicrotecnologiaMicrotecnologia e Nanotecnologia.e Nanotecnologia.


MGRMGR--2003 2003 --44

ATIVIDADES EM MICROTECNOLOGIA ATIVIDADES EM MICROTECNOLOGIA •• As atividades nesta área podem ser agrupadas da As atividades nesta área podem ser agrupadas da

seguinte maneira:seguinte maneira:–Materiais

•Materiais Tradicionais Micro Estruturados•Materiais Nano Estruturados

–Tecnologia de Partículas• Materiais Espertos (Smart Materials)

–Processos•Modificação de materiais usando plasma•Tecnologias de Microeletrônica híbrida

–Dispositivos•Sensores e Atuadores• Dispositivos Micro fluídicos


MGRMGR--2003 2003 --55

EfeitosEfeitos metalúrgicosmetalúrgicos de de nanopartículasnanopartículas

CaracterizaçãoCaracterização e e remocãoremocão de de nitretosnitretos, , óxidosóxidos, , sulfetossulfetos e e carbonetoscarbonetos de 10 a 500nm.de 10 a 500nm.

LigadoLigado aoao desenvolvimentodesenvolvimentode de açosaços parapara fins fins eletromagnéticoseletromagnéticos: : essasessaspartículaspartículas prejudicamprejudicam as as propriedadespropriedades magnéticasmagnéticas..

CoordCoord.:.:Dr. Fernando Dr. Fernando Landgraf Landgraf Duas partículas de 300nm na interface

entre dois cristais de Fe-1%Si.Imagem obtida no LNLS, usando SEM-FEG


MGRMGR--2003 2003 --66

Efeitos metalúrgicosEfeitos metalúrgicos de de nanopartículasnanopartículas

•• PapelPapel das das nanopartículasnanopartículascomocomo nucleantesnucleantes de de carbonetoscarbonetos emem açosaços de de altaaltaresistênciaresistência aoao desgastedesgaste..

•• CoordCoord.: .: •• Dr. Dr. mariomario BoccaliniBoccalini Ferro fundido mesclado com nióbio. Carboneto

de nióbio (NbC) nucleado por uma partícula de óxido complexo de Al, Si e Ca (ponto escuro no interior do carboneto)


ModificaçãoModificação de de Superfícies MetálicasSuperfícies Metálicas via via Implantação Implantação Iônica para TochasIônica para Tochas de Plasma e de Plasma e outras Aplicaçõesoutras Aplicações

Coord.: Prof.Dr. Roberto Nunes Szente

Objetivo do trabalho

••Estudo sistemático da mudança da Estudo sistemático da mudança da função de trabalho de metais devida à função de trabalho de metais devida à implantação iônica.implantação iônica.


MGRMGR--2003 2003 --88

Utilização de Máscara MetálicaUtilização de Máscara Metálica


ExperimentosExperimentos


Analise da SuperfícieAnalise da Superfície

KPFMKPFMTopographyTopography Volta PotentialVolta Potential


Analise TopográficoAnalise Topográfico


Analise do Potencial SuperficialAnalise do Potencial Superficial


MGRMGR--2003 2003 --1313

IPT

Divisão de Química

Laboratório de Tecnologia de Partículas

Processos QuímicosTECNOLOGIA DE PARTÍCULAS

O LTP atua no desenvolvimento de processos e de produtos onde propriedades das partículas

sólidas são modificadas e controladas por microencapsulação, dentre outras técnicas de

geração de partículas.


MGRMGR--2003 2003 --1414

MicroencapsulaçãoMicroencapsulação

TIPO DE PRODUTOS:TIPO DE PRODUTOS:• princípios ativos farmacêuticos• aromas,• fragrâncias, aditivos • alimentícios, •agroprodutos

APLICAÇÕESAPLICAÇÕESA microencapsulação leva a produtos diferenciadoscom novas propriedades funcionais e ‘inteligentes’. A principal dessas propriedades é a liberação controlada do material ativo microencapsulado emum meio específico ou sob dadas condições de uso.

Laboratório de Tecnologia de PartículasDra. Maria Ines Ré


MGRMGR--2003 2003 --1515


Diferentes processos deDiferentes processos de microencapsulaçãomicroencapsulação no no LTP/IPT para atender demanda de LTP/IPT para atender demanda de desenvolvimento de produtos de setores desenvolvimento de produtos de setores diversos:diversos:

•spray drying

•emulsificação/evaporação de solvente

•complexação iônica

•coacervação simples e complexa

•co-precipitação em sistema de pseudo emulsão


Reator para complexação iônica

Spray dryer piloto


MGRMGR--2003 2003 --1616



Alguns produtos desenvolvidos no Alguns produtos desenvolvidos no LTP/IPTLTP/IPT ::

•• aditivos alimentícios (combate à desnutrição aditivos alimentícios (combate à desnutrição minerais)minerais)

•• princípios ativos farmacêuticos (nova princípios ativos farmacêuticos (nova terapêutica tratamento de câncer de cabeça e terapêutica tratamento de câncer de cabeça e pescoço)pescoço)

•• bioinseticidasbioinseticidas (controle populacional de pragas)(controle populacional de pragas)

•• novos agentes novos agentes encapsulantesencapsulantes (polímeros (polímeros biodegradáveis de origem bacteriana)biodegradáveis de origem bacteriana)

•• aromas e fragrânciasaromas e fragrâncias

Transformação de um produto farmacêutico

Biopesticidamicroencapsulado

antes Depois

Microcápsulasbiodegradáveis


MGRMGR--2003 2003 --1717

Sensores de Vazão com LTCCSensores de Vazão com LTCC

A-A

Layer

Layer 2 Layer 3

Layer 4 Layer 5 Cross-section A-A

L1

L2

L3

L4

L5

Layer 1

Fabricated Device

0 1 2 3 420

25

30

35

40

45

50

Dissipation factor Vs. Flow velocity k = 18,79 + 31,03 * e(-vf / 1,66) for exponential regression

Diss

ipat

ion

Fact

or (W

att/K

elvin

)

Flow Velocity (SLM)

Experimental Set-Up

Device Lay-out

In: Gongora-Rubio M.R., Santiago-Aviles J.J. et al., S&A (1.999), v.73, p.215 - 221


MGRMGR--2003 2003 --1818

Sensores de Proximidade com LTCCSensores de Proximidade com LTCC

ColpittsOscillator

Multilayer Coil

Target

Output frequency

x

100 µmViaTurn

250 µm

Micrometer

Target

Proximity sensor

Colpitts Oscillator

Frequence meter

x

Coil Single Layer Turn View

Mutilayer View Via for Coil

Eddy Current Sensor

Frequency Vs. Distance from Target

In: Gongora-Rubio M.R., Santiago-Aviles J.J. et al., IMAPS, 1999. p.676 - 681


MGRMGR--2003 2003 --1919

MicrovalvulasMicrovalvulas com LTCC com LTCC

-150 -100 -50 0 50 100 150-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250Deslocamento do diaf ragma Vs corrente no atuadorpara v arias distâncias imã-bobina

2mm 2.25mm 2.5mm

Corre

nte no

atua

dor (

mA)

Deslocamento da membrana (µ m)Coil Current (mA)

Dia

phra

gm D

ispl

acem

ent(µm

)

Displacement Vs. Coil Current in Microvalve

Flexible DiaphragmMagnet

Fluidiclayers

Multilayer Coil

Input

OutputSpacerSpacer

Microvalve Fabricated

Fluidic Layers

In: Gongora-Rubio M.R., Santiago-Aviles J.J. et al., SPIE (1.999), v.3877. p.230 - 239


MGRMGR--2003 2003 --2020

LTCC LTCC Mass Flow ControllerMass Flow Controller

Flow In 15 mm

ContactPads

Servo Valve

Coil

Flow OutPressure Sensor

CriticalOrifice

TemperatureSensor

FlowIn

FlowOutFlow

Restrictor

DifferentialPressurePIn Pout

AbsolutePressure

Temp.

Densitycomputation

Mass FlowComputation

Digital PIDController

ServoController

Valve

SetPoint

In: Gongora-Rubio M.R., Santiago-Aviles J.J. et al., FLOMEKO 2000

Typical Mass Flow Controller Block Diagram

LTCC Mass Flow Controller Conception


MGRMGR--2003 2003 --2121

Fabricação de Fabricação de Manifold Manifold para FIApara FIA

Fluid Merging Passive Mixer Measuring Cavity

Sensor Array

Nozzle

Inlets

Fluid Outlet

To be present in EuroSensors 2003


MGRMGR--2003 2003 --2222

LaboratórioLaboratório de de Sistemas IntegráveisSistemas Integráveis

26

14

6

116

75

14 Prof. TitularesProf. Associados

Doutores

Pesquisadores Visitantes

Pós-graduandos

Graduandos

Staff

Integração de Sistemas de Informação:

•Sistemas Digitais

•Projeto VLSI

•Microssistemas


MGRMGR--2003 2003 --2323

DivisãoDivisão de de MicrossistemasMicrossistemasIntegradosIntegrados (DMI)(DMI)

•• Sensores IntegradosSensores Integrados•• Microestruturas para SensoresMicroestruturas para Sensores e e AtuadoresAtuadores•• Microdispositivos ÓpticosMicrodispositivos Ópticos•• TecnologiasTecnologias PECVDPECVD•• TecnologiasTecnologias de de LitografiaLitografia e e Corrosão SecaCorrosão Seca•• EngenhariaEngenharia de de SuperfíciesSuperfícies•• CMOSCMOS--SOISOI•• Tecnologias HíbridasTecnologias Híbridas


MGRMGR--2003 2003 --2424

Desenvolvimento de Dispositivos

••SensoresSensores e e atuadores microfluídicosatuadores microfluídicos

••Microssensores para fluxoMicrossensores para fluxo e gasese gases

••PréPré--concentradores concentradores de gasesde gases

••Microssensores QuímicosMicrossensores Químicos


MGRMGR--2003 2003 --2525

Processos para Microfabricação

••Tecnologia para microcanaisTecnologia para microcanais

••TecnologiaTecnologia de de camadacamada sacrificialsacrificial

••TecnologiaTecnologia de de sondas em silíciosondas em silício


MGRMGR--2003 2003 --2626

Modelagem••FluxoFluxo de gases de gases em em microcanaismicrocanais

••Convecção forçada Convecção forçada

••Esforços mecânicos Esforços mecânicos


MGRMGR--2003 2003 --2727

Novos desenvolvimentos••Oscilador microfluídicoOscilador microfluídico ••PréPré--concentradores acopladosconcentradores acoplados

a a eletroforese capilar eletroforese capilar

••Sensor de Sensor de fluxo por fluxo por tempo de tempo de vôovôo

••MatrizesMatrizes de de eletroedos para eletroedos para mapeamentomapeamento do do potencial cardíaco potencial cardíaco


MGRMGR--2003 2003 --2828

Sensores de PressãoSensores de Pressão

•• Vários tipos de sensoresVários tipos de sensores•• Monitor médico de pressão Monitor médico de pressão

(descartável) (descartável) •• Dispositivos de medida de Dispositivos de medida de

pressão para pressão para angioangioplastiaplastia•• Chaves de prChaves de pressãoessão


MGRMGR--2003 2003 --2929

Sensores químicos porSensores químicos por campo campo evanescente em evanescente em guias ópticosguias ópticos

Ls

Substrato

Isolante

Guia “rib”

Cobertura

W

Interferômetro de Mach-Zender


MGRMGR--2003 2003 --3030

diafragmaentrada saída

braço sensor

braço referência

Sensor de Sensor de Pressão ÓpticoPressão Óptico


MGRMGR--2003 2003 --3131

FabricaçãoFabricação de de Estruturas SubmicrométricasEstruturas SubmicrométricasLinhas de 0,25µm Pilares de 0,5µm Linhas isoladas de 200nm

* Trabalho em colaboraçãocom CCS-Unicamp

Linhas de 90nm obtidas por afinamento via corrosão seca


MGRMGR--2003 2003 --3232

Microestruturas em Filmes MagnéticosMicroestruturas em Filmes Magnéticos

4

123

-300 -200 -100 0 100 200 3001.170

1.175

1.180

1.185

1.190

1.195

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.270

1.275

1.280

1.285

1.290

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.295

1.300

1.305

1.310

1.315

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 3000.805

0.810

0.815

0.820

0.825

0.830

H (Oe)I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

0.955

0.960

0.965

0.970

0.975

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 3001.340

1.345

1.350

1.355

1.360

1.365

H (Oe)I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.345

1.350

1.355

1.360

1.365

H = 14 Oe

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 3001.340

1.345

1.350

1.355

1.360

1.365

H = 14 Oe

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.040

1.045

1.050

1.055

1.060

H = 15 Oe

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 3001.245

1.250

1.255

1.260

1.265

1.270

H = 12 Oe

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.330

1.335

1.340

1.345

1.350

H = 12 Oe

H (Oe)

I (µV

)

-300 -200 -100 0 100 200 300

1.300

1.305

1.310

1.315

1.320

H (Oe)

I (µV

)

56

789

101112

Loops de histerese locais obtidos por SNOMem partículas de 0,5µm a 16µm

Partículas de Co70.4Fe4.6Si15B10obtidas por e-beam/lift-off

* Trabalho em colaboração com LMM-IFUSP, CBPF e CNRS-França


MGRMGR--2003 2003 --3333

Microlentes NanoestruturadasMicrolentes Nanoestruturadas

Fatias de ~150nm sobrepostasFotodetetor HMSM

AFM

* Trabalho em colaboraçãocom USP-São Carlos e Drexel University - USA


MGRMGR--2003 2003 --3434

Elementos Ópticos Difrativos (EOD)

Projeto e fabricação de novos dispositivos :

EODs de modulação por fase e fase-amplitudecomplexa

MicrolentesProcessos de fabricação

Folitografia óptica e por feixe de elétrons

Corrosão por plasmaDeposição por sputtering reativo

Microlentes

Modulaçãopor fase

Modulação complexa


MGRMGR--2003 2003 --3535

Filmes finosFilmes finos de de Carbono TipoCarbono Tipo Diamante (DLC)Diamante (DLC)

•• Filmes finosFilmes finos de DLC de DLC possuem excelentes possuem excelentes caractercaracteríísticas mecsticas mecâânicasnicas, , ququíímicasmicas e e óópticaspticas

•• SSãão depositados poro depositados por sputtering sputtering reativoreativo(magnetron) e (magnetron) e porpor PECVCPECVC

•• SSãão utilizados como camadaso utilizados como camadas de de proteproteçãção o para diversas aplicapara diversas aplicaçõçõeses: anti: anti--abrasivosabrasivos, anti, anti--corroscorrosããoo, anti, anti--desgastedesgaste, etc., etc.

•• SSãão utilizados tambo utilizados tambéém como camadas ativas m como camadas ativas em em óópticaptica

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