|
مواد
MEMS چيست؟
مخفف MicroElectroMechanicalSystems است و معادل فارسي آن "سيستمهاي
ميكروالكترومكانيكي" است.
سيستمهاي الكتريكي فقط با سيگنالهاي الكتريكي سروكار دارند. اگر اين سيستمها
كار مكانيكي هم انجام دهند سيستم الكترومكانيكي ناميده ميشوند. حال اگر ابعاد
آنها به محدوده ميكرومتري برسد با نام سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي خوانده
ميشوند.
سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي يا MEMS ، حاصل تلفيق اجزاي مكانيكي، حسكنندهها،
محركها و قطعات الكترونيكي بر روي يك لايه سيليكون به كمك فناوري ساخت تراشههاي
ميكروني است .
در حالي كه قطعات الكترونيكي با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته ميشوند
(همانند فرآيندهاي CMOS ، Bipolar و يا BICMOS)، عناصر ميكروماشينها از طريق
فرآيندهاي ماشين كاري ميكروني ( Micromachining ) توليد ميشوند به اين ترتيب
كه بر حسب مورد، قسمتهايي از ويفر (Wafer) برداشتهشده يا لايههاي جديدي به آن
اضافه ميشود.MEMS با تلفيق ميكروالكترونيك سيليكوني با فناوري ماشين كاري
ميكروني، نويد تحول را در تقريبا" هرنوع محصولي ميدهد تا به اين ترتيب به "نظام
روي يك تراشه" جامة عمل بپوشاند. MEMS فناوري واقعاً توانايي است كه با درك و
كنترل قابليتهاي "ميكروسنسورها" و "ميكرو محركها" و به همراه آوردن توانايي
محاسبات دستگاههاي ميكروالكترونيكي, موجب پيشرفت در توليدات هوشمند ميشود.
MEMS همچنين فناوري بسيار گسترده و مستعدي است، چه در كاربرد و چه در نحوة ساخت
و طراحي ابزارها.
فناوري MEMS امكان تلفيق ميكروالكترونيك را با درك فعال و اعمال كنترلي فراهم
كرده, فضاي طراحي و كاربرد را بسط ميدهد.
مدارهاي پيوستة ميكروالكترونيكي (IC) ميتوانند بعنوان مغز متفكر سيستمها باشند
و MEMS با اضافهكردن "چشم" و "بازو" ، اين قدرت تفكر را توسعه ميدهد تا اين
ميكروسيستمها بتوانند محيط اطرافشان را حس كرده و كنترل نمايند. اين حسگرها در
سادهترين حالت خود با كمك اندازهگيري پديدههاي مكانيكي، گرمايي، زيستي،
شيميايي، نوري و مغناطيسي، اطلاعات را از محيط جمعآوري ميكنند. پس از اخذ
اطلاعات از حسكنندهها, دستگاههاي الكترومكانيكي به كمك قدرت تصميمگيري خود،
محركها را به پاسخهايي چون : حركت، جابجايي، تنظيمكردن، پمپكردن و
فيلتركردن وادار كرده, محيط را به سمت نتايج موردنظر هدايت ميكنند. از آنجا كه
دستگاههاي MEMS همانند ICها با تكنيكهاي ساخت ناپيوسته ساخته ميشوند، ميتوان
سطح بسيار بالايي از كاركرد، اطمينان و پيچيدگي را با هزينه اندك بر روي تراشة
كوچك سيليكوني شكل داد. فناوري MEMS توانايي كشفيات جديدي را در علوم و مهندسي
دارد، مثل:
ميكروسيستمهاي واكنشهاي زنجيرهاي پليمراز (PCR) براي تقويت و شناسايي DNA
ميكروسكپهاي تونلزني پيمايشگر (STM) كه با فرآيندهاي ماشينكاري ميكروني ساخته
شدهاند
تراشههاي زيستي شناساگر عوامل خطرناك شيميايي و بيولوژيكي
فناوري جهشي ميكروسيستمها جهت غربال و انتخاب سريع دارو
ابزارهاي MEMS در بازارهاي مختلف صنعتي, تعيينكنندة كيفيت محصولات شده و پيشبيني
ميشود كه اين فناوري سالانه 50% رشد داشته باشد.
اگرچه وسايل MEMS خيلي كوچك اند (مثلا" MEMS داراي موتورهاي الكتريكي كوچكتر از
قطر موي انسان است) ولي اهميت فناوري MEMS فقط به اندازة آنها مربوط نميشود.
علاوه بر اين، MEMS فقط به پايه سيليكوني محدود نميشود، هرچند سيليكون به دليل
داشتن خواص عالي به يك انتخاب جالب توجه براي مصارف مكانيكي با كيفيت بالا
تبديل شده است. (مثلا" نسبت استحكام به وزن براي سيليكون از خيلي از مواد
مهندسي ديگر بالاتر است، كه ساخت وسايل مكانيكي با پهناي باند وسيع (band
width) را ممكن ميسازد). در عوض، MEMS فناوري توليدي است كه راه جديدي براي
ايجاد سيستمهاي الكترومكانيكي ارائه ميدهد با تكنيكهاي توليد ناپيوسته ارائه
ميدهد، مانند روش توليد مدارهاي مجتمع كه باعث توليد عناصر الكترومكانيكي در
كنار قطعات الكترونيكي ميشود.
اين فناوري توليد جديد, مزاياي متعددي دارد: اول اينكه MEMS فناوري گستردهاي
است كه بالفعل ميتواند تأثير مهمي بر انواع توليدات تجاري و نظامي بگذارد. هماكنون
MEMS در هر چيزي, از نمايش فشار خون گرفته تا سيستمهاي تعليق فعال خودروها
active suspension ) systems ) مورد استفاده قرار ميگيرد. لذا ماهيت فناوري
MEMS و كاربردهاي متعددش، آن را از فناوريهاي مرسوم حتي مدارهاي مجتمع و
ريزتراشهها فراگير تر نموده است.
دوم اينكه MEMS فاصلة بين سيستمهاي مكانيكي پيچيده و مدارهاي مجتمع الكترونيكي
را پر ميكند. حسكنندهها و محركها عموماً گران قيمتاند، به علاوه سيستم "الكترونيكي،
محركها و حسكنندهها" در ابعاد بزرگ قابل اعتماد نيستند. فناوري MEMS امكان
ساخت سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي را با استفاده از تكنيكهاي ساخت ناپيوسته
فراهم كرده موجب برابري قيمت و اعتبار حسكنندهها و محركها با مدارهاي مجتمع
ميشود. جالب اينكه، انتظار ميرود كارآيي دستگاهها و ابزارهاي MEMS بالاتر از
عناصر و سيستمهاي مقياس ماكرو و قيمت آن خيلي پايينتر از آنها باشد.
به عنوان يك نمونة جديد از فوايد فناوري MEMS ميتوان به شتابسنجهاي MEMS
اشاره كرد، كه به سرعت جايگزين سرعتسنجهاي مربوط به سيستمهاي كيسة هوا در
اتومبيل ميشود. در روش مرسوم از چندين شتابسنج حجيم شامل اجزاي مختلف در جلوي
خودرو استفاده ميشود كه قطعات الكترونيكي سيستم در نزديكي كيسة هوا قرار
دارند و قيمت مجموعه بالغ بر 50 دلار است.
MEMS اين امكان را فراهم كرده تا شتابسنج و وسايل الكترونيكي با هزينهاي كمتر
از 5 تا 10 دلار در يك ريزتراشة سيليكوني تلفيق شوند. شتابسنج MEMS خيلي
كوچكتر، كارآمدتر، سبكتر و قابل اعتمادتر بوده و قيمتي بسيار كمتر از شتابسنجهاي
مرسوم دارد. لذا انتظار ميرود ظرف چند سال آينده اين شتابسنجها جايگزين
دستگاههاي مشابه در كليه خودروهاي خارجي و داخلي گردند. بهاي اندك عناصر شتابسنج
MEMS ، اجازة ساخت كيسة هوا براي حفاظت مسافرين در مقابل ضربات كناري را ميدهد.
ادامة پيشرفت در فناوري شتابسنج MEMS در 5 سال آينده، امكان ميدهد تا حسكنندهها,
اندازه و وزن يك مسافر را تعيين كرده پاسخ بهينه را محاسبه كنند تا صدمات
احتمالي ناشي از كيسه هوا كاهش يابد.
کاربردهاي MEMS
· سنسورهاي فشار MEMS در صنعت اتومبيل براي اندازه گيري فشار روغن موتور،
فشار خلأ، فشار تزريق سوخت، فشار انتقال سيال، فشار خط ABS ، فشار تاير و فشار
كيسه هوا بكار ميرود.
· شتاب سنجهاي MEMS براي ماشة كيسة هوا يا قفل كمربندهاي صندلي.
· سنسورهاي حرارتي MEMS براي نمايش روغن، ضديخ و دماي هوا.
· سيستمهاي ابزاري و اتوماتيك در صنعت
· اندازه گيري فشار، دما، شتاب و خطا كاربرد دارند.
· كنترلهاي صنعتي يا خانگي ميشود كه اين كاربرد، شامل سنسورها و عملگرها ميشود؛
سنسورها براي اندازه گيري محيط خارجي و عملگرها براي تنظيم بكار ميرود.
بر گرفته از :
www.mems-exchange.org
http://www.daneshju.ir/forum/f289/t15509.html
|
