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  10.04.18

Micromanufatura made in the USA


Pesquisador do IPT realiza nos EUA treinamento de microfabricação em sala limpa na Universidade de Michigan


O engenheiro eletricista e pesquisador Bruno Marinaro Verona, do Laboratório de Micromanufatura do IPT, participou do Programa de Desenvolvimento e Capacitação no Exterior (PDCE) do Instituto para treinamento em processos de microfabricação em sala limpa na Universidade de Michigan, nos EUA. Com financiamento da Fundação de Apoio ao IPT (Fipt), o treinamento de seis semanas foi feito entre outubro e novembro de 2017 no Lurie Nanofabrication Facility (LNF), fundado em 1986 e ligado ao Departamento de Engenharia Elétrica da instituição, na cidade de Ann Arbor.

O Laboratório de Micromanufatura do IPT tem como objetivo projetar, fabricar, caracterizar e testar componentes, dispositivos e sistemas em escala micrométrica, aplicados nos mais variados ramos de atividade.
Fotolitografia, deposição de filmes finos e espessos, corrosão seca e processamento de wafers são algumas das técnicas disponíveis na sala limpa do Laboratório de Micromanufatura do IPT
 
É a unidade mais nova pertencente ao Núcleo de Bionanomanufatura do IPT e trabalha com soluções tecnológicas como usinagem e fabricação em sala limpa, que foi implantada no laboratório em 2016, e a área de estudo à qual o pesquisador se dedica.

“O objetivo do laboratório é trabalhar com sensores e sistemas microeletromecânicos (MEMS), como acelerômetros e giroscópios, e havíamos enxergado alguns desafios no dia a dia: do ponto de vista técnico, o domínio dos principais processos de microfabricação para criar dispositivos no estado da arte”, afirma ele – existem laboratórios em universidades e ICTs no Brasil que estudam estas tecnologias, completa Verona, mas as áreas de conhecimento estão dispersas nas várias instituições.

A segunda dificuldade estava relacionada à parte operacional, mais precisamente ao funcionamento da infraestrutura de microfabricação de modo sustentável em longo prazo. “O modelo dos laboratórios brasileiros, principalmente das universidades, não se encaixa no IPT; observamos a dificuldade de estes laboratórios se manterem, ao contrário do que acontece nos EUA e na Europa, daí o interesse em conhecer como eles funcionam”, explica ele.

FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO – As três primeiras semanas do treinamento foram dedicadas à fabricação de um dispositivo. Foi escolhido então um acelerômetro, ou seja, um sensor inercial que mede a aceleração – dois exemplos do dia a dia de suas aplicações são a avaliação da posição relativa dos aparelhos celulares e o ajuste do visor; e a interrupção do funcionamento do HD de um computador no caso de um movimento brusco, por exemplo, a fim de evitar que o disco rígido seja danificado.

“É um dispositivo de interesse do laboratório porque já foram prospectados projetos com grandes empresas dispostas a desenvolver a tecnologia no Brasil; além disso, ele está inserido na proposta do IPT aprovada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) da chamada ‘Desenvolvimento Institucional de Pesquisa dos Institutos Estaduais de Pesquisa no Estado de São Paulo’, para a modernização dos institutos estaduais de pesquisas”, afirma o pesquisador, lembrando do projeto que está voltado à criação de um plano de desenvolvimento em transformação digital, com foco em manufatura avançada e cidades inteligentes.

Para a fabricação do acelerômetro, Verona lançou mão da plataforma Silicon-on-Glass, ou SOG: em resumo, é basicamente um processo no qual se utiliza como substrato uma lâmina (wafer) de vidro colada em uma outra lâmina (wafer) de silício. Formam-se zonas de recesso no vidro a fim de permitir a construção de estruturas suspensas no silício, como vigas, pontes e membranas.

A escolha da tecnologia foi motivada pelo fato de a plataforma ser interessante para a fabricação de dispositivos MEMS e sensores, que podem ser utilizados em diversas demandas de projetos do IPT; além disso, o processo SOG inclui todas as principais técnicas de microfabricação disponíveis no laboratório. As três semanas do treinamento foram suficientes, segundo ele, para projetar alguns dispositivos didáticos e fabricar uma centena deles.

“O treinamento técnico agregou bastante nas três semanas: pequenos problemas técnicos que poderiam demorar meses para serem solucionados no laboratório do IPT foram rapidamente esclarecidos”, explica ele.
Plataforma Silicon-on-Glass inclui todas as principais técnicas de microfabricação disponíveis no laboratório do IPT
 
E, para melhorar o rendimento dos dispositivos construídos, Verona relaciona uma série de dicas que foram sugeridas: executar os procedimentos sempre de acordo com a receita padrão; realizar a manutenção preventiva (e não somente a corretiva) assim como a calibração dos equipamentos; e, finalmente, fazer a caracterização de processos e ‘rodá-los’ a partir de uma determinada frequência de tempo.

Apesar de o dispositivo ter sido fabricado em um período de três semanas, o pesquisador ressalta que será preciso no IPT o desenvolvimento do processo em suas várias etapas de fabricação: “Estamos em um ponto de partida bom, não vamos começar do zero: o LNF e o nosso laboratório têm equipamentos parecidos, mas não são iguais, e será necessário rodar os processos aqui até que eles se encaixem nas condições de controle”.

GESTÃO E OPERAÇÕES – As três semanas seguintes do treinamento de Verona foram dedicadas a atividades mais conhecidas como job shadowing ou staff shadowing, ou seja, o pesquisador do IPT se tornou no período a ‘sombra’ dos profissionais do LNF no ambiente real de trabalho. Em outras palavras, ele permaneceu ao lado do pessoal do laboratório para saber como os projetos eram executados, os modelos de cobrança, a manutenção dos equipamentos, o treinamento de usuários externos e a segurança na operação com materiais tóxicos, entre outras atividades.

“Procurei entender as vantagens e as desvantagens da política de laboratórios multiusuários adotada por eles, na qual se abre a infraestrutura para usuários externos ”, explica o pesquisador. “Foi interessante conhecer como ocorre o acesso às instalações, o controle e o fluxo de usuários, a concessão de uso dos equipamentos e o treinamento. Além disso, tive acesso às políticas de restrição de processos e materiais, por conta da diversidade dos usuários, e também às formas de cobrança”.

A proposta do laboratório, explica ele, foi feita a fim de levantar recursos e mantê-lo em funcionamento sem depender tanto das agências de financiamento – ainda assim, alguns equipamentos são muito caros e foi preciso a ajuda delas para a aquisição.

“Esse modelo é interessante do ponto de vista de inovação e de sustentabilidade da operação do laboratório. No entanto, o contexto do IPT é diferente de uma universidade dos EUA: não basta copiar modelos, mas sim adaptá-los à nossa realidade”, completa ele.

Um objetivo secundário do treinamento foi o networking. Quando se pensa em fazer um dispositivo complexo, explica o pesquisador, existem vários grupos de estudo envolvidos na fabricação: “Para conseguir subir um degrau e fazer algo de impacto aqui no IPT, será necessário encontrar parceiros nas universidades tanto no Brasil quanto no exterior. É algo comum nos EUA: em projetos de impacto, estão envolvidos profissionais de instituições norte-americanas, da Europa e da Ásia. É uma rede de colaboração grande para a produção de dispositivos competitivos no estado da arte”.

 
  • Testes executados em um atuador eletrotérmico para ilustrar a capacidade da plataforma Silicon-on-Glass