मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल सिस्टम (MEMS घटक) आणि त्यांच्यावर आधारित सेन्सर

एमईएमएस घटक (रशियन एमईएमएस) - म्हणजे मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल प्रणाली. त्यांच्यातील मुख्य वेगळे वैशिष्ट्य म्हणजे त्यामध्ये जंगम 3D रचना आहे. बाह्य प्रभावामुळे ते हलते. त्यामुळे, केवळ एमईएमएस घटकांमध्येच इलेक्ट्रॉनच फिरत नाहीत, तर घटक भागांमध्येही फिरतात.

एमईएमएस घटक हे मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक आणि मायक्रोमेकॅनिक्सच्या घटकांपैकी एक आहेत, बहुतेकदा सिलिकॉन सब्सट्रेटवर तयार केले जातात. संरचनेत, ते सिंगल-चिप इंटिग्रेटेड सर्किट्ससारखे दिसतात. सामान्यतः, या MEMS यांत्रिक भागांचा आकार एककांपासून शेकडो मायक्रोमीटरपर्यंत असतो आणि क्रिस्टल स्वतः 20 μm ते 1 मिमी पर्यंत असतो.

आकृती 1 हे MEMS संरचनेचे उदाहरण आहे

वापर उदाहरणे:

1. विविध मायक्रोसर्किट्सचे उत्पादन.

2. एमईएमएस ऑसिलेटर कधीकधी बदलले जातात क्वार्ट्ज रेझोनेटर्स.

3. सेन्सर्सचे उत्पादन, यासह:

• प्रवेगमापक;

• जायरोस्कोप

• कोनीय वेग सेन्सर;

• चुंबकीय सेन्सर;

• बॅरोमीटर;

• पर्यावरण विश्लेषक;

• रेडिओ सिग्नल मोजणारे ट्रान्सड्यूसर.

MEMS संरचनांमध्ये वापरलेली सामग्री

एमईएमएस घटक बनविलेल्या मुख्य सामग्रीमध्ये हे समाविष्ट आहे:

1. सिलिकॉन. सध्या, बहुतेक इलेक्ट्रॉनिक घटक या सामग्रीचे बनलेले आहेत. त्याचे अनेक फायदे आहेत, यासह: प्रसार, सामर्थ्य, विकृती दरम्यान त्याचे गुणधर्म व्यावहारिकरित्या बदलत नाहीत. फोटोलिथोग्राफी त्यानंतर एचिंग ही सिलिकॉन एमईएमएससाठी प्राथमिक फॅब्रिकेशन पद्धत आहे.

2. पॉलिमर. सिलिकॉन, जरी एक सामान्य सामग्री असली तरी, तुलनेने महाग आहे, काही प्रकरणांमध्ये पॉलिमरचा वापर ते बदलण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ते औद्योगिकरित्या मोठ्या प्रमाणात आणि भिन्न वैशिष्ट्यांसह उत्पादित केले जातात. पॉलिमर एमईएमएससाठी मुख्य उत्पादन पद्धती म्हणजे इंजेक्शन मोल्डिंग, स्टॅम्पिंग आणि स्टिरिओलिथोग्राफी.

मोठ्या उत्पादकाच्या उदाहरणावर आधारित उत्पादन खंड

या घटकांच्या मागणीच्या उदाहरणासाठी, एसटी मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक घेऊ. ते MEMS तंत्रज्ञानामध्ये मोठी गुंतवणूक करते, त्याचे कारखाने आणि वनस्पती दररोज 3,000,000 घटक तयार करतात.

आकृती 2 — MEMS घटक विकसित करणाऱ्या कंपनीच्या उत्पादन सुविधा

उत्पादन चक्र 5 मुख्य मुख्य टप्प्यात विभागलेले आहे:

1. चिप्सचे उत्पादन.

2. चाचणी.

3. प्रकरणांमध्ये पॅकिंग.

4. अंतिम चाचणी.

5. डीलर्सना डिलिव्हरी.

आकृती 3 - उत्पादन चक्र

विविध प्रकारच्या MEMS सेन्सर्सची उदाहरणे

चला काही लोकप्रिय MEMS सेन्सर्सवर एक नजर टाकूया.

एक्सीलरोमीटर हे एक उपकरण आहे जे रेखीय प्रवेग मोजते. एखाद्या वस्तूचे स्थान किंवा हालचाल निश्चित करण्यासाठी याचा वापर केला जातो. हे मोबाइल तंत्रज्ञान, कार आणि बरेच काही वापरले जाते.

आकृती 4 — एक्सीलरोमीटरने ओळखले जाणारे तीन अक्ष

आकृती 5 — MEMS एक्सीलरोमीटरची अंतर्गत रचना

आकृती 6 — एक्सीलरोमीटरची रचना स्पष्ट केली आहे

LIS3DH घटक उदाहरण वापरून एक्सीलरोमीटर वैशिष्ट्ये:

1.3 -अक्ष प्रवेगमापक.

2. SPI आणि I2C इंटरफेससह कार्य करते.

3. 4 स्केलवर मोजमाप: ± 2, 4, 8 आणि 16 ग्रॅम.

4. उच्च रिझोल्यूशन (12 बिट्स पर्यंत).

5. कमी वापर: कमी पॉवर मोडमध्ये 2 µA (1Hz), 11 µA सामान्य मोडमध्ये (50Hz) आणि 5 µA शटडाउन मोडमध्ये.

6. कामाची लवचिकता:

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

• बँडविड्थ 2.5 kHz पर्यंत;

• 32-स्तरीय FIFO (16-बिट);

• 3 एडीसी इनपुट;

• तापमान संवेदक;

• 1.71 ते 3.6 V वीज पुरवठा;

• स्वयं-निदान कार्य;

• केस 3 x 3 x 1 मिमी. 2.

जायरोस्कोप हे एक उपकरण आहे जे कोनीय विस्थापन मोजते. याचा वापर अक्षाभोवती फिरण्याचा कोन मोजण्यासाठी केला जाऊ शकतो. अशा उपकरणांचा वापर विमानांसाठी नेव्हिगेशन आणि फ्लाइट कंट्रोल सिस्टम म्हणून केला जाऊ शकतो: विमाने आणि विविध UAVs किंवा मोबाइल डिव्हाइसची स्थिती निश्चित करण्यासाठी.

आकृती 7 — जायरोस्कोपने मोजलेला डेटा

आकृती 8 - अंतर्गत रचना

उदाहरणार्थ, L3G3250A MEMS gyroscope ची वैशिष्ट्ये विचारात घ्या:

• 3-अक्ष एनालॉग जायरोस्कोप;

• अॅनालॉग आवाज आणि कंपन करण्यासाठी प्रतिकारशक्ती;

• 2 मोजण्याचे प्रमाण: ± 625 ° / s आणि ± 2500 ° / s;

• शटडाउन आणि स्लीप मोड;

• स्वयं-निदान कार्य;

• फॅक्टरी कॅलिब्रेशन;

• उच्च संवेदनशीलता: 2 mV / ° / s 625 ° / s वर

• अंगभूत लो-पास फिल्टर

• उच्च तापमानात स्थिरता (0.08°/s/°C)

• उच्च प्रभाव स्थिती: 0.1ms मध्ये 10000g

• तापमान श्रेणी -40 ते 85 ° से

• पुरवठा व्होल्टेज: 2.4 - 3.6V

• वापर: सामान्य मोडमध्ये 6.3 mA, स्लीप मोडमध्ये 2 mA आणि शटडाउन मोडमध्ये 5 μA

• केस 3.5 x 3 x 1 LGA

निष्कर्ष

एमईएमएस सेन्सर मार्केटमध्ये, अहवालात चर्चा केलेल्या उदाहरणांव्यतिरिक्त, यासह इतर घटक आहेत:

• बहु-अक्ष (उदा. 9-अक्ष) सेन्सर्स

• होकायंत्र;

• वातावरण (दबाव आणि तापमान) मोजण्यासाठी सेन्सर्स;

• डिजिटल मायक्रोफोन आणि बरेच काही.

आधुनिक औद्योगिक उच्च-परिशुद्धता मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल प्रणाली ज्या सक्रियपणे वाहने आणि पोर्टेबल घालण्यायोग्य संगणकांमध्ये वापरल्या जातात.