Với sự phát triển của các cảm biến hiện nay, thu nhỏ, thông minh và tích hợp là con đường duy nhất để nâng cấp. Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về các sản phẩm mini của dòng cảm biến — cảm biến MEMS.
Cảm biến MEMS là gì ?
Tên đầy đủ của MEMS là Hệ thống Vi cơ điện tử (Micro-Electromechanical System). Hệ thống vi cơ điện tử đề cập đến một vi thiết bị hoặc hệ thống có thể được sản xuất hàng loạt và tích hợp vi cơ, vi cảm biến, vi cơ cấu chấp hành, xử lý tín hiệu và mạch điều khiển, giao diện, truyền thông và nguồn điện trên một hoặc nhiều chip. Cảm biến MEMS là một loại cảm biến mới được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử và công nghệ vi gia công.
MEMS là một công nghệ sản xuất tiên tiến được phát triển trên cơ sở công nghệ sản xuất chất bán dẫn với công nghệ và vật liệu bán dẫn truyền thống. MEMS chủ yếu liên quan đến công nghệ vi gia công, lý thuyết cơ học/rắn âm thanh, lý thuyết dòng nhiệt, điện tử, vật liệu, vật lý, hóa học, sinh học, y học, v.v. Sau hơn 40 năm phát triển, nó đã trở thành một trong những lĩnh vực khoa học và công nghệ chính thu hút sự chú ý trên toàn thế giới.
Vật liệu ứng dụng:
Vật liệu gốc silicon: Hầu hết các nguyên liệu thô của mạch tích hợp và MEMS là silicon (Si), có thể được chiết xuất với số lượng lớn từ silicon dioxide. Silicon dioxide là gì? Nói một cách phổ biến hơn, nó là cát. Sau một loạt các quy trình phức tạp, cát trở thành silicon đơn tinh thể.
Vật liệu chủ yếu làm bằng silicon có các đặc tính điện tuyệt vời. Độ bền và độ cứng của vật liệu silicon tương đương với sắt, mật độ tương đương với nhôm và độ dẫn nhiệt tương đương với molypden và vonfram. Nếu diện tích của một chip cảm biến MEMS đơn là 5 mm x 5 mm, một tấm wafer 8 inch (đường kính 20 cm) có thể cắt khoảng 1000 con quay hồi chuyển chip MEMS và chi phí phân bổ cho mỗi chip có thể giảm đi rất nhiều.
Vật liệu phi silicon: Trong những năm gần đây, việc ứng dụng vật liệu của MEMS đã dần được thay thế bằng vật liệu phi silicon. Các nhà nghiên cứu học thuật hiện đang tập trung vào việc phát triển các vi thiết bị dựa trên polyme và giấy. Các thiết bị được phát triển bằng các vật liệu này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn đơn giản trong thiết bị sản xuất và chi phí thấp. So với vật liệu silicon, chúng đã giảm đáng kể ngân sách R&D. Nhiều cải tiến trong các vi thiết bị dựa trên polyme và giấy hướng đến các ứng dụng y tế. Đối với lĩnh vực này, khả năng tương thích sinh học và tính linh hoạt của vật liệu là những yêu cầu cơ bản.
Chức năng và sự phát triển hiệu suất của các vi thiết bị dựa trên giấy và polyme vẫn còn ở giai đoạn tương đối sớm và các cơ sở sản xuất cho các thiết bị như vậy vẫn chưa được phát triển. Sự trưởng thành và thương mại hóa của các công nghệ mới này có thể mất hơn 10 năm. Do đó, vẫn còn rất nhiều công việc đổi mới cần được thực hiện trong nghiên cứu các vi thiết bị dựa trên vật liệu silicon. Nếu không, nó sẽ phải đối mặt với nguy cơ trì trệ.
Ưu điểm kỹ thuật:
Công nghệ MEMS được sử dụng để sản xuất cảm biến, cơ cấu chấp hành hoặc vi cấu trúc, có các đặc điểm thu nhỏ, tích hợp, thông minh, chi phí thấp, hiệu quả cao, sản xuất hàng loạt và năng suất cao. Công nghệ MEMS làm cho hàng chục nghìn chip MEMS (một số quy trình cũng đặt chip mạch tích hợp trong cùng một bước) xuất hiện trên mỗi tấm wafer.
Quá trình hàng loạt này hiện đã được tự động hóa hoàn toàn, cách ly các yếu tố con người, đảm bảo rằng sai số quy trình giữa mỗi chip MEMS có thể được kiểm soát chặt chẽ, do đó cải thiện năng suất. Sau khi cắt và đóng gói, chúng trở thành chip MEMS từng chiếc một. Về hình thức, hầu hết các chip MEMS và chip mạch tích hợp đều tương tự nhau.
Tóm lại, kích thước đặc trưng của độ lớn micromet cho phép các cảm biến MEMS hoàn thành một số chức năng mà các cảm biến cơ học truyền thống không thể đạt được. Nó là lực lượng chính của các vi cảm biến và đang dần thay thế các cảm biến cơ học truyền thống. Nó được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, máy móc, công nghiệp hóa chất, y học và các lĩnh vực khác. Các sản phẩm phổ biến bao gồm cảm biến áp suất, gia tốc kế, con quay hồi chuyển và cảm biến xúc tác.
Với sự phát triển của các cảm biến hiện nay, thu nhỏ, thông minh và tích hợp là con đường duy nhất để nâng cấp. Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về các sản phẩm mini của dòng cảm biến — cảm biến MEMS.
Cảm biến MEMS là gì ?
Tên đầy đủ của MEMS là Hệ thống Vi cơ điện tử (Micro-Electromechanical System). Hệ thống vi cơ điện tử đề cập đến một vi thiết bị hoặc hệ thống có thể được sản xuất hàng loạt và tích hợp vi cơ, vi cảm biến, vi cơ cấu chấp hành, xử lý tín hiệu và mạch điều khiển, giao diện, truyền thông và nguồn điện trên một hoặc nhiều chip. Cảm biến MEMS là một loại cảm biến mới được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử và công nghệ vi gia công.
MEMS là một công nghệ sản xuất tiên tiến được phát triển trên cơ sở công nghệ sản xuất chất bán dẫn với công nghệ và vật liệu bán dẫn truyền thống. MEMS chủ yếu liên quan đến công nghệ vi gia công, lý thuyết cơ học/rắn âm thanh, lý thuyết dòng nhiệt, điện tử, vật liệu, vật lý, hóa học, sinh học, y học, v.v. Sau hơn 40 năm phát triển, nó đã trở thành một trong những lĩnh vực khoa học và công nghệ chính thu hút sự chú ý trên toàn thế giới.
Vật liệu ứng dụng:
Vật liệu gốc silicon: Hầu hết các nguyên liệu thô của mạch tích hợp và MEMS là silicon (Si), có thể được chiết xuất với số lượng lớn từ silicon dioxide. Silicon dioxide là gì? Nói một cách phổ biến hơn, nó là cát. Sau một loạt các quy trình phức tạp, cát trở thành silicon đơn tinh thể.
Vật liệu chủ yếu làm bằng silicon có các đặc tính điện tuyệt vời. Độ bền và độ cứng của vật liệu silicon tương đương với sắt, mật độ tương đương với nhôm và độ dẫn nhiệt tương đương với molypden và vonfram. Nếu diện tích của một chip cảm biến MEMS đơn là 5 mm x 5 mm, một tấm wafer 8 inch (đường kính 20 cm) có thể cắt khoảng 1000 con quay hồi chuyển chip MEMS và chi phí phân bổ cho mỗi chip có thể giảm đi rất nhiều.
Vật liệu phi silicon: Trong những năm gần đây, việc ứng dụng vật liệu của MEMS đã dần được thay thế bằng vật liệu phi silicon. Các nhà nghiên cứu học thuật hiện đang tập trung vào việc phát triển các vi thiết bị dựa trên polyme và giấy. Các thiết bị được phát triển bằng các vật liệu này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn đơn giản trong thiết bị sản xuất và chi phí thấp. So với vật liệu silicon, chúng đã giảm đáng kể ngân sách R&D. Nhiều cải tiến trong các vi thiết bị dựa trên polyme và giấy hướng đến các ứng dụng y tế. Đối với lĩnh vực này, khả năng tương thích sinh học và tính linh hoạt của vật liệu là những yêu cầu cơ bản.
Chức năng và sự phát triển hiệu suất của các vi thiết bị dựa trên giấy và polyme vẫn còn ở giai đoạn tương đối sớm và các cơ sở sản xuất cho các thiết bị như vậy vẫn chưa được phát triển. Sự trưởng thành và thương mại hóa của các công nghệ mới này có thể mất hơn 10 năm. Do đó, vẫn còn rất nhiều công việc đổi mới cần được thực hiện trong nghiên cứu các vi thiết bị dựa trên vật liệu silicon. Nếu không, nó sẽ phải đối mặt với nguy cơ trì trệ.
Ưu điểm kỹ thuật:
Công nghệ MEMS được sử dụng để sản xuất cảm biến, cơ cấu chấp hành hoặc vi cấu trúc, có các đặc điểm thu nhỏ, tích hợp, thông minh, chi phí thấp, hiệu quả cao, sản xuất hàng loạt và năng suất cao. Công nghệ MEMS làm cho hàng chục nghìn chip MEMS (một số quy trình cũng đặt chip mạch tích hợp trong cùng một bước) xuất hiện trên mỗi tấm wafer.
Quá trình hàng loạt này hiện đã được tự động hóa hoàn toàn, cách ly các yếu tố con người, đảm bảo rằng sai số quy trình giữa mỗi chip MEMS có thể được kiểm soát chặt chẽ, do đó cải thiện năng suất. Sau khi cắt và đóng gói, chúng trở thành chip MEMS từng chiếc một. Về hình thức, hầu hết các chip MEMS và chip mạch tích hợp đều tương tự nhau.
Tóm lại, kích thước đặc trưng của độ lớn micromet cho phép các cảm biến MEMS hoàn thành một số chức năng mà các cảm biến cơ học truyền thống không thể đạt được. Nó là lực lượng chính của các vi cảm biến và đang dần thay thế các cảm biến cơ học truyền thống. Nó được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, máy móc, công nghiệp hóa chất, y học và các lĩnh vực khác. Các sản phẩm phổ biến bao gồm cảm biến áp suất, gia tốc kế, con quay hồi chuyển và cảm biến xúc tác.
