با توسعه حسگرها در دنیای امروز، کوچک‌سازی، هوشمندی و یکپارچه‌سازی تنها راه ارتقا است. امروز، بیایید محصولات مینیاتوری خانواده حسگرها را معرفی کنیم— — حسگر MEMS.

حسگر MEMS چیست؟ ؟

نام کامل MEMS، سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی است. سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی به یک ریزابزار یا سیستمی اشاره دارد که می‌تواند به صورت انبوه تولید شود و مکانیسم‌های میکرو، حسگرهای میکرو، محرک‌های میکرو، پردازش سیگنال و مدار کنترل، رابط، ارتباطات و منبع تغذیه را بر روی یک یا چند تراشه ادغام کند. حسگر MEMS نوع جدیدی از حسگر است که با استفاده از فناوری میکروالکترونیک و ریزماشین‌کاری تولید می‌شود.

MEMS یک فناوری تولید پیشرفته است که بر اساس فناوری تولید نیمه‌هادی با فناوری و مواد نیمه‌هادی سنتی توسعه یافته است. MEMS عمدتاً شامل فناوری ریزماشین‌کاری، تئوری مکانیک/جامد آکوستیک، تئوری جریان گرما، الکترونیک، مواد، فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، پزشکی و غیره است. پس از بیش از 40 سال توسعه، به یکی از حوزه‌های علمی و فناوری اصلی تبدیل شده است که توجه جهانیان را به خود جلب می‌کند.

مواد کاربردی:

مواد مبتنی بر سیلیکون: اکثر مواد اولیه مدارهای مجتمع و MEMS سیلیکون (Si) هستند که می‌توانند به مقدار زیاد از دی‌اکسید سیلیکون استخراج شوند. دی‌اکسید سیلیکون چیست؟ به زبان ساده‌تر، شن است. پس از یک سری فرآیندهای پیچیده، شن به سیلیکون تک‌کریستالی تبدیل می‌شود.

ماده‌ای که عمدتاً از سیلیکون ساخته شده است، دارای خواص الکتریکی عالی است. استحکام و سختی ماده سیلیکون معادل آهن، چگالی آن معادل آلومینیوم و رسانایی حرارتی آن معادل مولیبدن و تنگستن است. اگر مساحت یک تراشه حسگر MEMS 5 میلی‌متر در 5 میلی‌متر باشد، یک ویفر 8 اینچی (20 سانتی‌متر قطر) می‌تواند حدود 1000 ژیروسکوپ تراشه MEMS را برش دهد و هزینه تخصیص‌یافته به هر تراشه را می‌توان تا حد زیادی کاهش داد.

مواد غیر سیلیکونی: در سال‌های اخیر، کاربرد مواد MEMS به تدریج با مواد غیر سیلیکونی جایگزین شده است. محققان دانشگاهی در حال حاضر بر توسعه دستگاه‌های میکرو مبتنی بر پلیمر و کاغذ تمرکز دارند. دستگاه‌های توسعه‌یافته با این مواد نه تنها سازگار با محیط زیست هستند، بلکه در تجهیزات تولید و هزینه نیز ساده هستند. در مقایسه با مواد سیلیکونی، بودجه تحقیق و توسعه آنها به طور قابل توجهی کاهش یافته است. بسیاری از نوآوری‌ها در دستگاه‌های میکرو مبتنی بر پلیمر و کاغذ به کاربردهای پزشکی اشاره دارد. برای این حوزه، سازگاری زیستی و انعطاف‌پذیری مواد الزامات اساسی هستند.

توسعه عملکرد و عملکرد دستگاه‌های میکرو مبتنی بر کاغذ و پلیمر هنوز در مراحل اولیه است و امکانات تولید برای چنین دستگاه‌هایی هنوز توسعه نیافته است. بلوغ و تجاری‌سازی این فناوری‌های جدید ممکن است بیش از 10 سال طول بکشد. بنابراین، هنوز کارهای نوآورانه زیادی در زمینه تحقیق در مورد دستگاه‌های میکرو مبتنی بر مواد سیلیکونی وجود دارد. در غیر این صورت، با خطر رکود مواجه خواهد شد.

مزایای فنی:

فناوری MEMS برای تولید حسگرها، محرک‌ها یا ریزساختارها استفاده می‌شود که دارای ویژگی‌های کوچک‌سازی، یکپارچه‌سازی، هوشمندی، کم‌هزینه بودن، راندمان بالا، تولید انبوه و بهره‌وری بالا است. فناوری MEMS باعث می‌شود ده‌ها هزار تراشه MEMS (برخی فرآیندها نیز تراشه‌های مدار مجتمع را در همان مرحله قرار می‌دهند) روی هر ویفر ظاهر شوند.

این فرآیند دسته‌ای اکنون کاملاً خودکار شده است و عوامل انسانی را جدا می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که خطای فرآیند بین هر تراشه MEMS می‌تواند به شدت کنترل شود، در نتیجه بازده را بهبود می‌بخشد. پس از برش و بسته‌بندی، آنها به تراشه‌های MEMS تبدیل می‌شوند. از نظر ظاهری، اکثر تراشه‌های MEMS و تراشه‌های مدار مجتمع شبیه هم هستند.

به طور خلاصه، اندازه مشخصه مقیاس میکرومتر، حسگرهای MEMS را قادر می‌سازد تا برخی از عملکردهایی را که توسط حسگرهای مکانیکی سنتی قابل دستیابی نیستند، تکمیل کنند. این نیروی اصلی حسگرهای میکرو است و به تدریج جایگزین حسگرهای مکانیکی سنتی می‌شود. به طور گسترده در الکترونیک مصرفی، صنعت خودروسازی، هوافضا، ماشین‌آلات، صنایع شیمیایی، پزشکی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود. محصولات رایج شامل حسگرهای فشار، شتاب‌سنج‌ها، ژیروسکوپ‌ها و حسگرهای کاتالیزوری هستند.