Микроелектромеханички системи (МЕМС компоненте) и сензори на њима

МЕМС компоненте (рус. МЕМС) — означава микроелектромеханичке системе. Главна карактеристика у њима је да садрже покретну 3Д структуру. Помера се због спољашњих утицаја. Дакле, не само да се електрони крећу у МЕМС компонентама, већ иу саставним деловима.

МЕМС компоненте су један од елемената микроелектронике и микромеханике, често се производе на силицијумској подлози. По структури, они подсећају на интегрисана кола са једним чипом. Типично, ови МЕМС механички делови имају величину од јединица до стотина микрометара, а сам кристал је од 20 μм до 1 мм.

Слика 1 је пример МЕМС структуре

Примери употребе:

1. Производња разних микрокола.

2. МЕМС осцилатори се понекад замењују кварцни резонатори.

3. Производња сензора, укључујући:

• акцелерометар;

• жироскоп

• сензор угаоне брзине;

• магнетометријски сензор;

• барометри;

• аналитичари животне средине;

• мерни претварачи радио сигнала.

Материјали који се користе у МЕМС структурама

Главни материјали од којих су направљене МЕМС компоненте укључују:

1. Силицијум. Тренутно је већина електронских компоненти направљена од овог материјала. Има низ предности, укључујући: ширење, чврстоћу, практично не мења своја својства током деформације. Фотолитографија праћена јеткањем је примарна метода производње силицијумских МЕМС.

2. Полимери. Пошто је силицијум, иако уобичајен материјал, релативно скуп, у неким случајевима се полимери могу користити за његову замену. Производе се индустријски у великим количинама и са различитим карактеристикама. Главне производне методе за полимер МЕМС су бризгање, штанцање и стереолитографија.

Обим производње на примеру великог произвођача

За пример потражње за овим компонентама, узмимо СТ Мицроелецтроницс. Улаже велика улагања у МЕМС технологију, њене фабрике и погони производе до 3.000.000 елемената дневно.

Слика 2 — Производни капацитети компаније која развија МЕМС компоненте

Производни циклус је подељен на 5 главних фаза:

1. Производња чипса.

2. Тестирање.

3. Паковање у кутије.

4. Завршно тестирање.

5. Испорука дилерима.

Слика 3 — производни циклус

Примери МЕМС сензора различитих типова

Хајде да погледамо неке од популарних МЕМС сензора.

Акцелерометар Ово је уређај који мери линеарно убрзање. Користи се за одређивање локације или кретања објекта. Користи се у мобилној технологији, аутомобилима и осталом.

Слика 4 — Три осе које препознаје акцелерометар

Слика 5 — Унутрашња структура МЕМС акцелерометра

Слика 6 — Објашњена структура акцелерометра

Карактеристике акцелерометра користећи пример компоненте ЛИС3ДХ:

1.3-осни акцелерометар.

2. Ради са СПИ и И2Ц интерфејсима.

3. Мерење на 4 скале: ± 2, 4, 8 и 16г.

4. Висока резолуција (до 12 бита).

5. Ниска потрошња: 2 µА у режиму мале снаге (1Хз), 11 µА у нормалном режиму (50Хз) и 5 ​​µА у режиму искључивања.

6. Флексибилност рада:

• 8 ОДР: 1/10/25/50/100/400/1600/5000 Хз;

• Пропусни опсег до 2,5 кХз;

• ФИФО на 32 нивоа (16-битни);

• 3 АДЦ улаза;

• Сензор температуре;

• Напајање од 1,71 до 3,6 В;

• Функција самодијагнозе;

• Кућиште 3 к 3 к 1 мм. 2.

Гиросцопе То је уређај који мери угаоно померање. Може се користити за мерење угла ротације око осе. Такви уређаји се могу користити као систем за навигацију и контролу лета за авионе: авионе и разне беспилотне летелице или за одређивање положаја мобилних уређаја.

Слика 7 — Подаци мерени жироскопом

Слика 8 — Унутрашња структура

На пример, размотрите карактеристике Л3Г3250А МЕМС жироскопа:

• 3-осни аналогни жироскоп;

• Отпорност на аналогну буку и вибрације;

• 2 мерне скале: ± 625 ° / с и ± 2500 ° / с;

• Режими искључивања и спавања;

• Функција самодијагнозе;

• фабричка калибрација;

• Висока осетљивост: 2 мВ / ° / с на 625 ° / с

• Уграђени нископропусни филтер

• Стабилност на високој температури (0,08 ° / с / ° Ц)

• Стање високог удара: 10000 г за 0,1 мс

• Температурни опсег -40 до 85 °Ц

• Напон напајања: 2,4 — 3,6 В

• Потрошња: 6,3 мА у нормалном режиму, 2 мА у режиму мировања и 5 μА у режиму гашења

• Кућиште 3,5 к 3 к 1 ЛГА

закључци

На тржишту МЕМС сензора, поред примера о којима се говори у извештају, постоје и други елементи укључујући:

• Вишеосни (нпр. 9-осни) сензори

• Компаси;

• Сензори за мерење околине (притисак и температура);

• Дигитални микрофони и још много тога.

Савремени индустријски високо прецизни микроелектромеханички системи који се активно користе у возилима и преносивим носивим рачунарима.