Sistem mikroelektromekanikal (komponen MEMS) dan penderia berdasarkannya

Komponen MEMS (MEMS Rusia) — bermaksud sistem mikroelektromekanikal. Ciri membezakan utama di dalamnya ialah ia mengandungi struktur 3D boleh alih. Ia bergerak kerana pengaruh luar. Oleh itu, bukan sahaja elektron bergerak dalam komponen MEMS, tetapi juga dalam bahagian konstituen.

Komponen MEMS ialah salah satu unsur mikroelektronik dan mikromekanik, selalunya dihasilkan pada substrat silikon. Dalam struktur, ia menyerupai litar bersepadu cip tunggal. Biasanya, bahagian mekanikal MEMS ini bersaiz dari unit hingga ratusan mikrometer, dan kristal itu sendiri adalah dari 20 μm hingga 1 mm.

Rajah 1 ialah contoh struktur MEMS

Contoh penggunaan:

1. Pengeluaran pelbagai litar mikro.

2. Pengayun MEMS kadangkala diganti resonator kuarza.

3. Pengeluaran sensor, termasuk:

• pecutan;

• giroskop

• sensor halaju sudut;

• sensor magnetometrik;

• barometer;

• penganalisis alam sekitar;

• transduser pengukur isyarat radio.

Bahan yang digunakan dalam struktur MEMS

Bahan utama dari mana komponen MEMS dibuat termasuk:

1. Silikon. Pada masa ini, sebahagian besar komponen elektronik diperbuat daripada bahan ini. Ia mempunyai beberapa kelebihan, termasuk: penyebaran, kekuatan, praktikalnya tidak mengubah sifatnya semasa ubah bentuk. Fotolitografi diikuti dengan etsa adalah kaedah fabrikasi utama untuk MEMS silikon.

2. Polimer. Memandangkan silikon, walaupun bahan biasa, agak mahal, dalam beberapa kes polimer boleh digunakan untuk menggantikannya. Mereka dihasilkan secara industri dalam jumlah yang besar dan dengan ciri-ciri yang berbeza. Kaedah pembuatan utama untuk MEMS polimer ialah pengacuan suntikan, pengecapan, dan stereolitografi.

Jumlah pengeluaran berdasarkan contoh pengeluar besar

Untuk contoh permintaan untuk komponen ini, mari kita ambil ST Microelectronics. Ia membuat pelaburan besar dalam teknologi MEMS, kilang dan kilangnya menghasilkan sehingga 3,000,000 elemen setiap hari.

Rajah 2 — Kemudahan pengeluaran sebuah syarikat membangunkan komponen MEMS

Kitaran pengeluaran dibahagikan kepada 5 peringkat utama:

1. Pengeluaran kerepek.

2. Pengujian.

3. Pembungkusan dalam kes.

4. Ujian akhir.

5. Penghantaran kepada peniaga.

Rajah 3 — kitaran pengeluaran

Contoh sensor MEMS pelbagai jenis

Mari lihat beberapa penderia MEMS yang popular.

Accelerometer Ini ialah peranti yang mengukur pecutan linear. Ia digunakan untuk menentukan lokasi atau pergerakan sesuatu objek. Ia digunakan dalam teknologi mudah alih, kereta dan banyak lagi.

Rajah 4 — Tiga paksi yang dikenali oleh pecutan

Rajah 5 — Struktur dalaman pecutan MEMS

Rajah 6 — Struktur pecutan diterangkan

Ciri pecutan menggunakan contoh komponen LIS3DH:

1.3 -paksi pecutan.

2. Berfungsi dengan antara muka SPI dan I2C.

3. Pengukuran pada 4 skala: ± 2, 4, 8 dan 16g.

4. Resolusi tinggi (sehingga 12 bit).

5. Penggunaan rendah: 2 µA dalam mod kuasa rendah (1Hz), 11 µA dalam mod biasa (50Hz) dan 5 µA dalam mod tutup.

6. Fleksibiliti kerja:

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

• Lebar jalur sehingga 2.5 kHz;

• FIFO 32 peringkat (16-bit);

• 3 input ADC;

• Pengesan suhu;

• Bekalan kuasa 1.71 hingga 3.6 V;

• Fungsi diagnosis diri;

• Sarung 3 x 3 x 1 mm. 2.

Giroskop Ia adalah peranti yang mengukur anjakan sudut. Ia boleh digunakan untuk mengukur sudut putaran mengenai paksi. Peranti sedemikian boleh digunakan sebagai sistem navigasi dan kawalan penerbangan untuk pesawat: kapal terbang dan pelbagai UAV, atau untuk menentukan kedudukan peranti mudah alih.

Rajah 7 — Data diukur dengan giroskop

Rajah 8 - Struktur dalaman

Sebagai contoh, pertimbangkan ciri giroskop L3G3250A MEMS:

• Giroskop analog 3 paksi;

• Kekebalan kepada bunyi dan getaran analog;

• 2 skala pengukur: ± 625 ° / s dan ± 2500 ° / s;

• Mod tutup dan tidur;

• Fungsi diagnosis diri;

• penentukuran kilang;

• Kepekaan tinggi: 2 mV / ° / s pada 625 ° / s

• Penapis laluan rendah terbina dalam

• Kestabilan pada suhu tinggi (0.08 ° / s / ° C)

• Keadaan impak tinggi: 10000g dalam 0.1ms

• Julat suhu -40 hingga 85 °C

• Voltan bekalan: 2.4 — 3.6V

• Penggunaan: 6.3 mA dalam mod biasa, 2 mA dalam mod tidur dan 5 μA dalam mod penutupan

• Sarung 3.5 x 3 x 1 LGA

kesimpulan

Dalam pasaran sensor MEMS, sebagai tambahan kepada contoh yang dibincangkan dalam laporan, terdapat elemen lain termasuk:

• Penderia berbilang paksi (cth 9 paksi).

• Kompas;

• Sensor untuk mengukur persekitaran (tekanan dan suhu);

• Mikrofon digital dan banyak lagi.

Sistem mikroelektromekanikal berketepatan tinggi industri moden yang digunakan secara aktif dalam kenderaan dan komputer boleh pakai mudah alih.