ระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ส่วนประกอบ MEMS) และเซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับพวกเขา

ส่วนประกอบ MEMS (MEMS ของรัสเซีย) — หมายถึงระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค คุณสมบัติที่แตกต่างหลักคือมีโครงสร้าง 3 มิติที่เคลื่อนย้ายได้ มันเคลื่อนไหวเนื่องจากอิทธิพลภายนอก ดังนั้น ไม่เพียงแต่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ในส่วนประกอบของ MEMS เท่านั้น แต่ยังเคลื่อนที่ในส่วนต่างๆ

ส่วนประกอบ MEMS เป็นหนึ่งในองค์ประกอบของไมโครอิเล็กทรอนิกส์และไมโครเมคานิกส์ ซึ่งมักผลิตขึ้นจากพื้นผิวซิลิกอน โครงสร้างคล้ายกับวงจรรวมชิปตัวเดียว โดยทั่วไปแล้ว ชิ้นส่วนกลไก MEMS เหล่านี้มีขนาดตั้งแต่หน่วยไปจนถึงหลายร้อยไมโครเมตร และตัวคริสตัลเองจะมีขนาดตั้งแต่ 20 ไมโครเมตรถึง 1 มม.

รูปที่ 1 เป็นตัวอย่างของโครงสร้าง MEMS

ตัวอย่างการใช้งาน:

1. การผลิตวงจรไมโครต่างๆ

2. ออสซิลเลเตอร์ MEMS จะถูกแทนที่ในบางครั้ง แร่ควอตซ์.

3. การผลิตเซ็นเซอร์ ได้แก่ :

• มาตรความเร่ง;

• ไจโรสโคป

• เซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุม

• เซ็นเซอร์แม่เหล็ก

• บารอมิเตอร์;

• นักวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม

• ทรานสดิวเซอร์วัดสัญญาณวิทยุ

วัสดุที่ใช้ในโครงสร้าง MEMS

วัสดุหลักที่ใช้ทำส่วนประกอบของ MEMS ได้แก่:

1. ซิลิคอน ปัจจุบัน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ทำจากวัสดุนี้ มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ การแพร่กระจาย ความแข็งแรง แทบไม่เปลี่ยนคุณสมบัติของมันในระหว่างการเปลี่ยนรูป Photolithography ตามด้วยการกัดเป็นวิธีการประดิษฐ์หลักสำหรับ MEMS ของซิลิกอน

2. โพลิเมอร์ เนื่องจากซิลิคอนแม้ว่าจะเป็นวัสดุทั่วไป แต่มีราคาค่อนข้างแพง ในบางกรณีสามารถใช้โพลิเมอร์ทดแทนได้ มีการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมในปริมาณมากและมีลักษณะที่แตกต่างกัน วิธีการผลิตหลักสำหรับ MEMS โพลิเมอร์คือการฉีดขึ้นรูป การปั๊ม และการพิมพ์สเตอรีโอลิโทกราฟี

ปริมาณการผลิตตามตัวอย่างผู้ผลิตรายใหญ่

สำหรับตัวอย่างความต้องการส่วนประกอบเหล่านี้ ลองมาดู ST Microelectronics มีการลงทุนครั้งใหญ่ในเทคโนโลยี MEMS โรงงานต่างๆ ของบริษัทผลิตองค์ประกอบได้มากถึง 3,000,000 ชิ้นต่อวัน

รูปที่ 2 — โรงงานผลิตของบริษัทที่พัฒนาส่วนประกอบ MEMS

วงจรการผลิตแบ่งออกเป็น 5 ขั้นตอนหลักหลัก:

1. การผลิตชิป

2. การทดสอบ

3. การบรรจุในกล่อง

4. การทดสอบขั้นสุดท้าย

5. จัดส่งให้ตัวแทนจำหน่าย

รูปที่ 3 — วงจรการผลิต

ตัวอย่างเซนเซอร์ MEMS ประเภทต่างๆ

มาดูเซ็นเซอร์ MEMS ที่เป็นที่นิยมกัน

มาตรความเร่ง นี่คืออุปกรณ์ที่ใช้วัดความเร่งเชิงเส้น ใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งหรือการเคลื่อนที่ของวัตถุ ใช้ในเทคโนโลยีเคลื่อนที่ รถยนต์ และอื่นๆ

รูปที่ 4 — แกนสามแกนที่เครื่องวัดความเร่งรู้จัก

รูปที่ 5 — โครงสร้างภายในของ MEMS accelerometer

รูปที่ 6 — อธิบายโครงสร้างมาตรความเร่ง

คุณสมบัติมาตรวัดความเร่งโดยใช้ตัวอย่างส่วนประกอบ LIS3DH:

มาตรความเร่ง 1.3 แกน

2. ทำงานร่วมกับอินเทอร์เฟซ SPI และ I2C

3. การวัด 4 สเกล: ± 2, 4, 8 และ 16g.

4. ความละเอียดสูง (สูงสุด 12 บิต)

5. การใช้พลังงานต่ำ: 2 µA ในโหมดพลังงานต่ำ (1Hz), 11 µA ในโหมดปกติ (50Hz) และ 5 µA ในโหมดปิดเครื่อง

6. ความยืดหยุ่นในการทำงาน:

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

• แบนด์วิดท์สูงสุด 2.5 kHz;

• FIFO 32 ระดับ (16 บิต);

• 3 อินพุต ADC;

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิ;

• แหล่งจ่ายไฟ 1.71 ถึง 3.6 V;

• ฟังก์ชั่นการวินิจฉัยตนเอง

• ตัวเรือน 3 x 3 x 1 มม. 2.

ไจโรสโคป เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดการกระจัดเชิงมุม สามารถใช้วัดมุมการหมุนรอบแกนได้ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถใช้เป็นระบบนำทางและควบคุมการบินสำหรับเครื่องบิน: เครื่องบินและ UAV ต่างๆ หรือเพื่อกำหนดตำแหน่งของอุปกรณ์เคลื่อนที่

รูปที่ 7 — ข้อมูลที่วัดด้วยไจโรสโคป

รูปที่ 8 — โครงสร้างภายใน

ตัวอย่างเช่น พิจารณาคุณลักษณะของไจโรสโคป L3G3250A MEMS:

• ไจโรสโคปแบบอนาล็อก 3 แกน;

• ภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนแบบอะนาล็อก

• 2 สเกลการวัด: ± 625 ° / s และ ± 2500 ° / s;

• โหมดปิดเครื่องและโหมดสลีป

• ฟังก์ชั่นการวินิจฉัยตนเอง

• การสอบเทียบจากโรงงาน

• ความไวแสงสูง: 2 mV / ° / s ที่ 625 ° / s

• ตัวกรองความถี่ต่ำในตัว

• ความเสถียรที่อุณหภูมิสูง (0.08 ° / วินาที / ° C)

• สถานะแรงกระแทกสูง: 10,000 ก. ใน 0.1 มิลลิวินาที

• ช่วงอุณหภูมิ -40 ถึง 85 °C

• แรงดันไฟ: 2.4 — 3.6V

• การบริโภค: 6.3 mA ในโหมดปกติ, 2 mA ในโหมดสลีปและ 5 μA ในโหมดปิดเครื่อง

• เคส 3.5 x 3 x 1 LGA

ข้อสรุป

ในตลาดเซ็นเซอร์ MEMS นอกเหนือจากตัวอย่างที่กล่าวถึงในรายงานแล้ว ยังมีองค์ประกอบอื่นๆ ได้แก่:

• เซ็นเซอร์หลายแกน (เช่น 9 แกน)

• วงเวียน;

• เซ็นเซอร์สำหรับวัดสภาพแวดล้อม (ความดันและอุณหภูมิ);

• ไมโครโฟนดิจิตอลและอีกมากมาย

ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ซึ่งใช้งานอย่างแข็งขันในยานพาหนะและคอมพิวเตอร์พกพาแบบพกพา