Sistem mikroelektromekanis (komponen MEMS) dan sensor berdasarkan padanya

Komponen MEMS (Mems Rusia) — artinya sistem mikroelektromekanis. Fitur pembeda utama di dalamnya adalah bahwa mereka berisi struktur 3D yang dapat dipindahkan. Itu bergerak karena pengaruh eksternal. Oleh karena itu, elektron tidak hanya bergerak di komponen MEMS, tetapi juga di bagian penyusunnya.

Komponen MEMS adalah salah satu elemen mikroelektronika dan mikromekanik, sering dibuat di atas substrat silikon. Secara struktur, mereka menyerupai sirkuit terpadu chip tunggal. Biasanya, bagian mekanis MEMS ini memiliki ukuran mulai dari satuan hingga ratusan mikrometer, dan kristal itu sendiri berukuran dari 20 μm hingga 1 mm.

Gambar 1 adalah contoh struktur MEMS

Contoh penggunaan:

1. Produksi berbagai sirkuit mikro.

2. Osilator MEMS terkadang diganti resonator kuarsa.

3. Produksi sensor, antara lain :

• akselerometer;

• giroskop

• sensor kecepatan sudut;

• sensor magnetometrik;

• barometer;

• analis lingkungan;

• transduser pengukur sinyal radio.

Bahan yang digunakan dalam struktur MEMS

Bahan utama dari mana komponen MEMS dibuat meliputi:

1. Silikon. Saat ini, sebagian besar komponen elektronik terbuat dari bahan ini. Ini memiliki sejumlah keunggulan, antara lain: penyebaran, kekuatan, praktis tidak mengubah sifatnya selama deformasi. Fotolitografi diikuti dengan etsa adalah metode fabrikasi utama untuk silikon MEMS.

2. Polimer. Karena silikon, meskipun bahan umum, relatif mahal, dalam beberapa kasus polimer dapat digunakan untuk menggantikannya. Mereka diproduksi secara industri dalam volume besar dan dengan karakteristik berbeda. Metode pembuatan utama untuk MEMS polimer adalah cetakan injeksi, pencetakan, dan stereolitografi.

Volume produksi berdasarkan contoh pabrikan besar

Sebagai contoh permintaan komponen ini, mari kita ambil ST Microelectronics. Itu membuat investasi besar dalam teknologi MEMS, pabrik dan tanamannya menghasilkan hingga 3.000.000 elemen per hari.

Gambar 2 — Fasilitas produksi perusahaan yang mengembangkan komponen MEMS

Siklus produksi dibagi menjadi 5 tahap utama utama:

1. Produksi keripik.

2. Pengujian.

3. Packing dalam kasus.

4. Pengujian akhir.

5. Pengiriman ke dealer.

Gambar 3 — siklus produksi

Contoh sensor MEMS dari berbagai jenis

Mari kita lihat beberapa sensor MEMS yang populer.

Akselerometer Ini adalah perangkat yang mengukur percepatan linier. Ini digunakan untuk menentukan lokasi atau pergerakan suatu objek. Ini digunakan dalam teknologi seluler, mobil, dan lainnya.

Gambar 4 — Tiga sumbu yang dikenali oleh akselerometer

Gambar 5 — Struktur internal akselerometer MEMS

Gambar 6 — Struktur akselerometer dijelaskan

Fitur akselerometer menggunakan contoh komponen LIS3DH:

Akselerometer 1,3-sumbu.

2. Bekerja dengan antarmuka SPI dan I2C.

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

4. Resolusi tinggi (hingga 12 bit).

5. Konsumsi rendah: 2 µA dalam mode daya rendah (1Hz), 11 µA dalam mode normal (50Hz) dan 5 µA dalam mode mati.

6. Fleksibilitas kerja:

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

• Bandwidth hingga 2,5 kHz;

• FIFO 32 tingkat (16-bit);

• 3 input ADC;

• Sensor temperatur;

• Catu daya 1,71 hingga 3,6 V;

• Fungsi diagnosa diri;

• Kasing 3x3x1 mm. 2.

Giroskop Ini adalah perangkat yang mengukur perpindahan sudut. Ini dapat digunakan untuk mengukur sudut rotasi terhadap sumbu. Perangkat tersebut dapat digunakan sebagai sistem kontrol navigasi dan penerbangan untuk pesawat terbang: pesawat terbang dan berbagai UAV, atau untuk menentukan posisi perangkat seluler.

Gambar 7 — Data diukur dengan giroskop

Gambar 8 — Struktur internal

Misalnya, perhatikan karakteristik giroskop MEMS L3G3250A:

• Giroskop analog 3 sumbu;

• Kekebalan terhadap kebisingan dan getaran analog;

• 2 timbangan ukur: ± 625°/s dan ± 2500°/s;

• Mode mati dan tidur;

• Fungsi diagnosa diri;

• kalibrasi pabrik;

• Sensitivitas tinggi: 2 mV / ° / dtk pada 625 ° / dtk

• Filter low-pass bawaan

• Stabilitas pada suhu tinggi (0,08 ° / s / ° C)

• Status benturan tinggi: 10000g dalam 0,1 ms

• Kisaran suhu -40 hingga 85 °C

• Tegangan suplai: 2.4 — 3.6V

• Konsumsi: 6,3 mA dalam mode normal, 2 mA dalam mode tidur dan 5 μA dalam mode mati

• Kasus 3,5 x 3 x 1 LGA

kesimpulan

Di pasar sensor MEMS, selain contoh yang dibahas dalam laporan, ada elemen lain termasuk:

• Sensor multi-sumbu (misalnya 9-sumbu).

• Kompas;

• Sensor untuk mengukur lingkungan (tekanan dan suhu);

• Mikrofon digital dan banyak lagi.

Sistem mikroelektromekanis presisi tinggi industri modern yang secara aktif digunakan dalam kendaraan dan komputer portabel yang dapat dikenakan.