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.
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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.
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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
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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
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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)
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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.
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MGRMGR--2003 2003 --88
Utilização de Máscara MetálicaUtilização de Máscara Metálica
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ExperimentosExperimentos
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
Analise da SuperfícieAnalise da Superfície
KPFMKPFMTopographyTopography Volta PotentialVolta Potential
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
Analise TopográficoAnalise Topográfico
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
Analise do Potencial SuperficialAnalise do Potencial Superficial
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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.
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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
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MGRMGR--2003 2003 --1515
MicroencapsulaçãoMicroencapsulação
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
Laboratório de Tecnologia de Partículas
Reator para complexação iônica
Spray dryer piloto
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MGRMGR--2003 2003 --1616
MicroencapsulaçãoMicroencapsulação
Laboratório de Tecnologia de Partículas
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
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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
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
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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
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
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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
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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
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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
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MGRMGR--2003 2003 --2626
Modelagem••FluxoFluxo de gases de gases em em microcanaismicrocanais
••Convecção forçada Convecção forçada
••Esforços mecânicos Esforços mecânicos
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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
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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
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
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MGRMGR--2003 2003 --3030
diafragmaentrada saída
braço sensor
braço referência
Sensor de Sensor de Pressão ÓpticoPressão Óptico
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
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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
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MGRMGR--2003 2003 --3333
Microlentes NanoestruturadasMicrolentes Nanoestruturadas
Fatias de ~150nm sobrepostasFotodetetor HMSM
AFM
* Trabalho em colaboraçãocom USP-São Carlos e Drexel University - USA
WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA WORKSHOP DE TECNOLOGIAS PARA MICROSSISTEMAS E SENSORES MICROSSISTEMAS E SENSORES
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
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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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