مع تطور المستشعرات اليوم، فإن التصغير والذكاء والتكامل هي السبيل الوحيد للترقية. اليوم، دعنا نقدم المنتجات المصغرة لعائلة المستشعرات - مستشعر MEMS.
ما هو مستشعر MEMS ?
الاسم الكامل لـ MEMS هو نظام كهروميكانيكي دقيق. يشير النظام الكهروميكانيكي الدقيق إلى جهاز أو نظام دقيق يمكن إنتاجه على دفعات ويدمج الآلية الدقيقة، والمستشعر الدقيق، والمشغل الدقيق، ومعالجة الإشارات ودائرة التحكم، والواجهة، والاتصال وإمداد الطاقة على شريحة واحدة أو أكثر. مستشعر MEMS هو نوع جديد من المستشعرات المصنعة بواسطة الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا المعالجة الدقيقة.
MEMS هي تقنية تصنيع متقدمة تم تطويرها على أساس تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات مع تكنولوجيا ومواد أشباه الموصلات التقليدية. تشمل MEMS بشكل أساسي تكنولوجيا المعالجة الدقيقة، وميكانيكا/نظرية الصوت الصلب، ونظرية تدفق الحرارة، والإلكترونيات، والمواد، والفيزياء، والكيمياء، وعلم الأحياء، والطب، وما إلى ذلك. بعد أكثر من 40 عامًا من التطوير، أصبحت واحدة من المجالات العلمية والتكنولوجية الرئيسية التي تجذب الاهتمام في جميع أنحاء العالم.
المواد المستخدمة:
المواد القائمة على السيليكون: معظم المواد الخام للدوائر المتكاملة و MEMS هي السيليكون (Si)، والتي يمكن استخلاصها بكميات كبيرة من ثاني أكسيد السيليكون. ما هو ثاني أكسيد السيليكون؟ لكي نكون أكثر شعبية، إنه الرمل. بعد سلسلة من المعالجة المعقدة، أصبح الرمل سيليكونًا أحادي البلورة.
المادة المصنوعة بشكل أساسي من السيليكون لها خصائص كهربائية ممتازة. قوة وصلابة مادة السيليكون تعادل قوة وصلابة الحديد، والكثافة تعادل كثافة الألومنيوم، والتوصيل الحراري يعادل التوصيل الحراري للموليبدينوم والتنجستن. إذا كانت مساحة شريحة مستشعر MEMS واحدة هي 5 مم × 5 مم، فيمكن لشريحة بحجم 8 بوصات (20 سم في القطر) أن تقطع حوالي 1000 جيروسكوب شريحة MEMS، ويمكن تخفيض التكلفة المخصصة لكل شريحة بشكل كبير.
المواد غير السيليكونية: في السنوات الأخيرة، تم استبدال تطبيق المواد الخاصة بـ MEMS تدريجياً بمواد غير السيليكون. يركز الباحثون الأكاديميون الآن على تطوير الأجهزة الدقيقة القائمة على البوليمرات والورق. الأجهزة التي تم تطويرها باستخدام هذه المواد ليست صديقة للبيئة فحسب، بل هي أيضًا بسيطة في معدات التصنيع ومنخفضة التكلفة. بالمقارنة مع مواد السيليكون، فقد قللت بشكل كبير من ميزانية البحث والتطوير. تشير العديد من الابتكارات في الأجهزة الدقيقة القائمة على البوليمرات والورق إلى التطبيقات الطبية. بالنسبة لهذا المجال، فإن التوافق الحيوي ومرونة المواد هما متطلبات أساسية.
لا يزال تطوير الوظائف والأداء للأجهزة الدقيقة القائمة على الورق والبوليمرات في مرحلة مبكرة نسبيًا، ولم يتم بعد تطوير مرافق إنتاج هذه الأجهزة. قد يستغرق نضج وتسويق هذه التقنيات الجديدة أكثر من 10 سنوات. لذلك، لا يزال هناك الكثير من العمل المبتكر الذي يتعين القيام به في البحث عن الأجهزة الدقيقة القائمة على مواد السيليكون. خلاف ذلك، فإنه سيواجه خطر الركود.
المزايا الفنية:
تُستخدم تقنية MEMS لتصنيع المستشعرات أو المشغلات أو الهياكل الدقيقة، والتي تتميز بالتصغير والتكامل والذكاء والتكلفة المنخفضة والكفاءة العالية والإنتاج الضخم والإنتاجية العالية. تجعل تقنية MEMS عشرات الآلاف من شرائح MEMS (تضع بعض العمليات أيضًا شرائح الدوائر المتكاملة في نفس الخطوة) تظهر على كل شريحة.
تم الآن أتمتة هذه العملية المجمعة بالكامل، مما يعزل العوامل البشرية، مما يضمن إمكانية التحكم الصارم في خطأ العملية بين كل شريحة MEMS، وبالتالي تحسين الإنتاجية. بعد التقطيع والتعبئة، تصبح شرائح MEMS واحدة تلو الأخرى. من حيث المظهر، فإن معظم شرائح MEMS وشرائح الدوائر المتكاملة متشابهة.
باختصار، يتيح الحجم المميز لدرجة الميكرومتر لمستشعرات MEMS إكمال بعض الوظائف التي لا يمكن تحقيقها بواسطة المستشعرات الميكانيكية التقليدية. إنها القوة الرئيسية للمستشعرات الدقيقة وتحل تدريجياً محل المستشعرات الميكانيكية التقليدية. تستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية وصناعة السيارات والفضاء والآلات والصناعات الكيماوية والطب وغيرها من المجالات. تشمل المنتجات الشائعة مستشعرات الضغط ومقاييس التسارع والجيروسكوبات والمستشعرات التحفيزية.
مع تطور المستشعرات اليوم، فإن التصغير والذكاء والتكامل هي السبيل الوحيد للترقية. اليوم، دعنا نقدم المنتجات المصغرة لعائلة المستشعرات - مستشعر MEMS.
ما هو مستشعر MEMS ?
الاسم الكامل لـ MEMS هو نظام كهروميكانيكي دقيق. يشير النظام الكهروميكانيكي الدقيق إلى جهاز أو نظام دقيق يمكن إنتاجه على دفعات ويدمج الآلية الدقيقة، والمستشعر الدقيق، والمشغل الدقيق، ومعالجة الإشارات ودائرة التحكم، والواجهة، والاتصال وإمداد الطاقة على شريحة واحدة أو أكثر. مستشعر MEMS هو نوع جديد من المستشعرات المصنعة بواسطة الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا المعالجة الدقيقة.
MEMS هي تقنية تصنيع متقدمة تم تطويرها على أساس تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات مع تكنولوجيا ومواد أشباه الموصلات التقليدية. تشمل MEMS بشكل أساسي تكنولوجيا المعالجة الدقيقة، وميكانيكا/نظرية الصوت الصلب، ونظرية تدفق الحرارة، والإلكترونيات، والمواد، والفيزياء، والكيمياء، وعلم الأحياء، والطب، وما إلى ذلك. بعد أكثر من 40 عامًا من التطوير، أصبحت واحدة من المجالات العلمية والتكنولوجية الرئيسية التي تجذب الاهتمام في جميع أنحاء العالم.
المواد المستخدمة:
المواد القائمة على السيليكون: معظم المواد الخام للدوائر المتكاملة و MEMS هي السيليكون (Si)، والتي يمكن استخلاصها بكميات كبيرة من ثاني أكسيد السيليكون. ما هو ثاني أكسيد السيليكون؟ لكي نكون أكثر شعبية، إنه الرمل. بعد سلسلة من المعالجة المعقدة، أصبح الرمل سيليكونًا أحادي البلورة.
المادة المصنوعة بشكل أساسي من السيليكون لها خصائص كهربائية ممتازة. قوة وصلابة مادة السيليكون تعادل قوة وصلابة الحديد، والكثافة تعادل كثافة الألومنيوم، والتوصيل الحراري يعادل التوصيل الحراري للموليبدينوم والتنجستن. إذا كانت مساحة شريحة مستشعر MEMS واحدة هي 5 مم × 5 مم، فيمكن لشريحة بحجم 8 بوصات (20 سم في القطر) أن تقطع حوالي 1000 جيروسكوب شريحة MEMS، ويمكن تخفيض التكلفة المخصصة لكل شريحة بشكل كبير.
المواد غير السيليكونية: في السنوات الأخيرة، تم استبدال تطبيق المواد الخاصة بـ MEMS تدريجياً بمواد غير السيليكون. يركز الباحثون الأكاديميون الآن على تطوير الأجهزة الدقيقة القائمة على البوليمرات والورق. الأجهزة التي تم تطويرها باستخدام هذه المواد ليست صديقة للبيئة فحسب، بل هي أيضًا بسيطة في معدات التصنيع ومنخفضة التكلفة. بالمقارنة مع مواد السيليكون، فقد قللت بشكل كبير من ميزانية البحث والتطوير. تشير العديد من الابتكارات في الأجهزة الدقيقة القائمة على البوليمرات والورق إلى التطبيقات الطبية. بالنسبة لهذا المجال، فإن التوافق الحيوي ومرونة المواد هما متطلبات أساسية.
لا يزال تطوير الوظائف والأداء للأجهزة الدقيقة القائمة على الورق والبوليمرات في مرحلة مبكرة نسبيًا، ولم يتم بعد تطوير مرافق إنتاج هذه الأجهزة. قد يستغرق نضج وتسويق هذه التقنيات الجديدة أكثر من 10 سنوات. لذلك، لا يزال هناك الكثير من العمل المبتكر الذي يتعين القيام به في البحث عن الأجهزة الدقيقة القائمة على مواد السيليكون. خلاف ذلك، فإنه سيواجه خطر الركود.
المزايا الفنية:
تُستخدم تقنية MEMS لتصنيع المستشعرات أو المشغلات أو الهياكل الدقيقة، والتي تتميز بالتصغير والتكامل والذكاء والتكلفة المنخفضة والكفاءة العالية والإنتاج الضخم والإنتاجية العالية. تجعل تقنية MEMS عشرات الآلاف من شرائح MEMS (تضع بعض العمليات أيضًا شرائح الدوائر المتكاملة في نفس الخطوة) تظهر على كل شريحة.
تم الآن أتمتة هذه العملية المجمعة بالكامل، مما يعزل العوامل البشرية، مما يضمن إمكانية التحكم الصارم في خطأ العملية بين كل شريحة MEMS، وبالتالي تحسين الإنتاجية. بعد التقطيع والتعبئة، تصبح شرائح MEMS واحدة تلو الأخرى. من حيث المظهر، فإن معظم شرائح MEMS وشرائح الدوائر المتكاملة متشابهة.
باختصار، يتيح الحجم المميز لدرجة الميكرومتر لمستشعرات MEMS إكمال بعض الوظائف التي لا يمكن تحقيقها بواسطة المستشعرات الميكانيكية التقليدية. إنها القوة الرئيسية للمستشعرات الدقيقة وتحل تدريجياً محل المستشعرات الميكانيكية التقليدية. تستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية وصناعة السيارات والفضاء والآلات والصناعات الكيماوية والطب وغيرها من المجالات. تشمل المنتجات الشائعة مستشعرات الضغط ومقاييس التسارع والجيروسكوبات والمستشعرات التحفيزية.
