Microelectromechanical system (mga bahagi ng MEMS) at mga sensor batay sa kanila

Mga bahagi ng MEMS (Russian MEMS) — nangangahulugang mga microelectromechanical system. Ang pangunahing tampok na nakikilala sa kanila ay naglalaman ang mga ito ng isang movable 3D na istraktura. Gumagalaw ito dahil sa panlabas na impluwensya. Samakatuwid, hindi lamang ang mga electron ang gumagalaw sa mga bahagi ng MEMS, kundi pati na rin sa mga bahagi ng nasasakupan.

Ang mga bahagi ng MEMS ay isa sa mga elemento ng microelectronics at micromechanics, na kadalasang ginagawa sa isang silikon na substrate. Sa istraktura, sila ay kahawig ng single-chip integrated circuit. Karaniwan, ang mga mekanikal na bahagi ng MEMS na ito ay may sukat mula sa mga yunit hanggang sa daan-daang micrometer, at ang kristal mismo ay mula 20 μm hanggang 1 mm.

Ang Figure 1 ay isang halimbawa ng isang istraktura ng MEMS

Mga halimbawa ng paggamit:

1. Produksyon ng iba't ibang microcircuits.

2. Ang mga MEMS oscillator ay minsan pinapalitan mga resonator ng kuwarts.

3. Produksyon ng mga sensor, kabilang ang:

• accelerometer;

• dyayroskop

• angular velocity sensor;

• magnetometric sensor;

• mga barometer;

• mga analyst sa kapaligiran;

• mga transduser sa pagsukat ng signal ng radyo.

Mga materyales na ginamit sa mga istruktura ng MEMS

Ang mga pangunahing materyales kung saan ginawa ang mga bahagi ng MEMS ay kinabibilangan ng:

1. Silikon. Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga elektronikong bahagi ay gawa sa materyal na ito. Mayroon itong isang bilang ng mga pakinabang, kabilang ang: pagkalat, lakas, halos hindi nagbabago ng mga katangian nito sa panahon ng pagpapapangit. Ang photolithography na sinusundan ng pag-ukit ay ang pangunahing paraan ng paggawa para sa silikon na MEMS.

2. Mga polimer. Dahil ang silikon, bagaman isang karaniwang materyal, ay medyo mahal, sa ilang mga kaso ay maaaring gamitin ang mga polimer upang palitan ito. Ang mga ito ay ginawa sa industriya sa malalaking volume at may iba't ibang katangian. Ang mga pangunahing pamamaraan ng pagmamanupaktura para sa polymer MEMS ay injection molding, stamping, at stereolithography.

Mga volume ng produksyon batay sa halimbawa ng isang malaking tagagawa

Para sa isang halimbawa ng pangangailangan para sa mga sangkap na ito, kunin natin ang ST Microelectronics. Gumagawa ito ng malaking pamumuhunan sa teknolohiya ng MEMS, ang mga pabrika at halaman nito ay gumagawa ng hanggang 3,000,000 elemento bawat araw.

Figure 2 — Mga pasilidad sa produksyon ng isang kumpanya na bumubuo ng mga bahagi ng MEMS

Ang ikot ng produksyon ay nahahati sa 5 pangunahing yugto:

1. Produksyon ng mga chips.

2. Pagsubok.

3. Pag-iimpake sa mga kaso.

4. Panghuling pagsubok.

5. Paghahatid sa mga dealers.

Larawan 3 - ikot ng produksyon

Mga halimbawa ng mga sensor ng MEMS ng iba't ibang uri

Tingnan natin ang ilan sa mga sikat na sensor ng MEMS.

Accelerometer Ito ay isang device na sumusukat sa linear acceleration. Ito ay ginagamit upang matukoy ang lokasyon o paggalaw ng isang bagay. Ginagamit ito sa teknolohiyang pang-mobile, mga kotse at higit pa.

Figure 4 — Tatlong axes na kinikilala ng accelerometer

Figure 5 — Panloob na istraktura ng MEMS accelerometer

Figure 6 — Ipinaliwanag ang istraktura ng Accelerometer

Mga feature ng accelerometer gamit ang halimbawang bahagi ng LIS3DH:

1.3 -axis accelerometer.

2. Gumagana sa mga interface ng SPI at I2C.

3. Pagsukat sa 4 na kaliskis: ± 2, 4, 8 at 16g.

4. Mataas na resolution (hanggang sa 12 bits).

5. Mababang pagkonsumo: 2 µA sa low power mode (1Hz), 11 µA sa normal na mode (50Hz) at 5 µA sa shutdown mode.

6. Kakayahang umangkop sa trabaho:

• 8 ODR: 1/10/25/50/100/400/1600/5000 Hz;

• Bandwidth hanggang 2.5 kHz;

• 32-level na FIFO (16-bit);

• 3 ADC input;

• Sensor ng temperatura;

• 1.71 hanggang 3.6 V power supply;

• Pag-andar ng self-diagnosis;

• Kaso 3 x 3 x 1 mm. 2.

Gyroscope Ito ay isang aparato na sumusukat sa angular displacement. Maaari itong magamit upang sukatin ang anggulo ng pag-ikot tungkol sa axis. Ang mga naturang device ay maaaring gamitin bilang isang navigation at flight control system para sa sasakyang panghimpapawid: mga eroplano at iba't ibang UAV, o para sa pagtukoy sa posisyon ng mga mobile device.

Figure 7 — Sinusukat ang data gamit ang isang gyroscope

Larawan 8 - Panloob na istraktura

Halimbawa, isaalang-alang ang mga katangian ng L3G3250A MEMS gyroscope:

• 3-axis analog gyroscope;

• Ang kaligtasan sa sakit sa analog na ingay at panginginig ng boses;

• 2 sukat ng pagsukat: ± 625 ° / s at ± 2500 ° / s;

• Mga mode ng shutdown at sleep;

• Pag-andar ng self-diagnosis;

• pag-calibrate ng pabrika;

• Mataas na sensitivity: 2 mV / ° / s sa 625 ° / s

• Built-in na low-pass na filter

• Katatagan sa mataas na temperatura (0.08 ° / s / ° C)

• Katayuan ng mataas na epekto: 10000g sa 0.1ms

• Saklaw ng temperatura -40 hanggang 85 °C

• Supply boltahe: 2.4 — 3.6V

• Pagkonsumo: 6.3 mA sa normal na mode, 2 mA sa sleep mode at 5 μA sa shutdown mode

• Case 3.5 x 3 x 1 LGA

mga konklusyon

Sa merkado ng sensor ng MEMS, bilang karagdagan sa mga halimbawang tinalakay sa ulat, mayroong iba pang mga elemento kabilang ang:

• Multi-axis (hal. 9-axis) na mga sensor

• Mga kumpas;

• Mga sensor para sa pagsukat ng kapaligiran (presyon at temperatura);

• Mga digital na mikropono at higit pa.

Mga modernong pang-industriya na high-precision microelectromechanical system na aktibong ginagamit sa mga sasakyan at portable na naisusuot na mga computer.