Wraz z rozwojem dzisiejszych czujników, miniaturyzacja, inteligencja i integracja to jedyny sposób na ulepszenie. Dziś przedstawimy mini produkty z rodziny czujników — ­­czujnik MEMS.

Co to jest czujnik MEMS ?

Pełna nazwa MEMS to Micro-Electromechanical System (Mikro-Elektromechaniczny System). Mikro-elektromechaniczny system odnosi się do mikro-urządzenia lub systemu, który może być produkowany seryjnie i integruje mikro-mechanizmy, mikro-czujniki, mikro-aktuatory, przetwarzanie sygnału i obwody sterowania, interfejs, komunikację i zasilanie na jednym lub kilku chipach. Czujnik MEMS to nowy typ czujnika produkowany za pomocą technologii mikroelektronicznej i mikromaszynowej.

MEMS to zaawansowana technologia produkcyjna opracowana na bazie technologii produkcji półprzewodników z tradycyjną technologią i materiałami półprzewodnikowymi. MEMS obejmuje głównie technologię mikromaszynową, teorię mechaniczną/stałą akustyczną, teorię przepływu ciepła, elektronikę, materiały, fizykę, chemię, biologię, medycynę i tak dalej. Po ponad 40 latach rozwoju stała się jednym z głównych obszarów naukowych i technologicznych przyciągających uwagę na całym świecie.

Zastosowane materiały:

Materiały na bazie krzemu: Większość surowców obwodów scalonych i MEMS to krzem (Si), który można wydobywać w dużych ilościach z dwutlenku krzemu. Co to jest dwutlenek krzemu? Mówiąc bardziej popularnie, to piasek. Po serii złożonych procesów piasek staje się monokrystalicznym krzemem.

Materiał wykonany głównie z krzemu ma doskonałe właściwości elektryczne. Wytrzymałość i twardość materiału krzemowego są równoważne z żelazem, gęstość z aluminium, a przewodność cieplna z molibdenem i wolframem. Jeśli powierzchnia pojedynczego chipa czujnika MEMS wynosi 5 mm x 5 mm, 8-calowa (20 cm średnicy) płytka może pociąć około 1000 żyroskopów chipów MEMS, a koszt przypisany do każdego chipa może zostać znacznie obniżony.

Materiały niekrzemowe: W ostatnich latach zastosowanie materiałów MEMS zostało stopniowo zastąpione przez materiały niekrzemowe. Naukowcy akademicy koncentrują się obecnie na rozwoju polimerowych i papierowych mikro-urządzeń. Urządzenia opracowane z tych materiałów są nie tylko przyjazne dla środowiska, ale także proste w produkcji i tanie. W porównaniu z materiałami krzemowymi znacznie obniżają budżet na badania i rozwój. Wiele innowacji w polimerowych i papierowych mikro-urządzeniach wskazuje na zastosowania medyczne. W tej dziedzinie biokompatybilność i elastyczność materiałów są podstawowymi wymaganiami.

Funkcja i rozwój wydajności mikro-urządzeń na bazie papieru i polimerów są wciąż na stosunkowo wczesnym etapie, a urządzenia produkcyjne dla takich urządzeń nie zostały jeszcze opracowane. Dojrzałość i komercjalizacja tych nowych technologii może zająć ponad 10 lat. Dlatego wciąż jest wiele innowacyjnej pracy do wykonania w badaniach mikro-urządzeń opartych na materiałach krzemowych. W przeciwnym razie grozi to ryzykiem stagnacji.

Zalety techniczne:

Technologia MEMS jest wykorzystywana do produkcji czujników, aktuatorów lub mikrostruktur, co ma cechy miniaturyzacji, integracji, inteligencji, niskich kosztów, wysokiej wydajności, masowej produkcji i wysokiej produktywności. Technologia MEMS sprawia, że dziesiątki tysięcy chipów MEMS (niektóre procesy umieszczają również chipy obwodów scalonych w tym samym kroku) pojawiają się na każdej płytce.

Ten proces wsadowy został teraz w pełni zautomatyzowany, izolując czynniki ludzkie, zapewniając, że błąd procesu między każdym chipem MEMS może być ściśle kontrolowany, poprawiając w ten sposób wydajność. Po pokrojeniu i zapakowaniu stają się one chipami MEMS jeden po drugim. Z wyglądu większość chipów MEMS i chipów obwodów scalonych jest podobna.

Podsumowując, charakterystyczny rozmiar rzędu mikrometrów umożliwia czujnikom MEMS wykonywanie niektórych funkcji, których nie można osiągnąć za pomocą tradycyjnych czujników mechanicznych. Jest to główna siła mikro-czujników i stopniowo zastępuje tradycyjne czujniki mechaniczne. Jest szeroko stosowany w elektronice użytkowej, przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, maszynowym, chemicznym, medycynie i innych dziedzinach. Typowe produkty to czujniki ciśnienia, akcelerometry, żyroskopy i czujniki katalityczne.