Układy MEMS

MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) czyli zintegrowane elektroniczno-mechaniczne mikro układy znane również pod nazwą MST ( Micro System Technologies ). Jak sama nazwa wskazuje układu MEMS są miniaturowych rozmiarów, a w ich budowie występują przekaźniki elektroniczne oraz elementy mechaniczne. Możemy wyróżnić kilka typów układów MEMS np.

1. MOEMS ? układy optoelektromechaniczne mające zastosowanie w technologii optycznej
2. BIO-MEMS ? układy mające zastosowanie w pracy z żywą materia
3. RF-MEMS ? układy mające zastosowanie w pracy z falami radiowymi itp.
4. NEMS ? Nanoukłady – jeszcze mniejszy odpowiednik MEMS-ów

Miniaturyzacja układów generuje wiele korzyści , których osiągniecie byłoby praktycznie niemożliwe w inny sposób. Mały rozmiar pozwala na stosowanie układów w przeróżnych elementach i urządzeniach elektronicznych. Sprawdza się idealnie tam gdzie przy działaniu niewielkiej siły konieczne jest wykonanie określonego zadania mechanicznego. Mikroukłady pracują szybciej, możemy je też z łatwością przyśpieszyć lub zatrzymać. Są odporne na wibracje i wstrząsy oraz zmiany temperatury. Ze względu na mały nakład materiałów do produkcji układów MEMS, całkowity koszt produkcji jest niewielki. Ich małe rozmiary i waga nie wymagają zużycia dużej energii do pracy, co czyni je energooszczędnymi.

Układy MEMS tworzone są jako całe zintegrowane mikrosystemy elektro-mechaniczne, które zastępują systemy układów makro. Ich budowa nie wymaga zewnętrznych kabli i podłączeń, co wpływa na dużo mniejsza zawodność systemów mikro w porównaniu do techniki makrosystemów. Mikroukłady elektromechaniczne powstają głównie na podstawie krzemowej, ze względu na jego fizyczne właściwości tj. trwałość, przewodność ciepła, elastyczność, odporność na nacisk i zmiany temperatury. Wykonywane są przy użyciu techniki mikroobróbki.

Układy MEMS to niejako przetworniki, czyli elementy konwertujące energie z jednego typu na inny. Przetwarzanie energii magnetycznej i elektronicznej to standard. MEMS-y dzięki elektromechanicznej budowie mogą konwertować również energie mechaniczna, termiczna, a nawet chemiczna i radiacyjna. Mogą by wiec wykorzystywane przy regulowaniu natężenia promieniowania elektromagnetycznego, zmiany fazy fal elektromagnetycznych itp.

Zastosowanie MEMS-ów

Mikroukłady to jeden z sektorów elektroniki który cechuje się szybkim rozwojem. Mimo iż znane nam są dość krotko to znalazły już szerokie zastosowanie, które stale wzrasta Elektromechaniczne układy mikro rozmiarów stosowane są miedzy innymi w powszechnej elektronice użytkowej ( smartfony, aparaty fotograficzne, komputery itp.), urządzeniach elektroniki medycznej, w systemach bezpieczeństwa stosowanych w motoryzacji i wielu innych.

Czujniki ciśnienia ? sensory ciśnienia to najpopularniejsze z czujników technologii MEMS. Dzięki budowie na podstawie krzemu czujniki te są bardzo trwałe, co jest bardzo ważne przy tego typu zastosowaniu. Półprzewodnikowy czujnik ciśnienia zajmuje niewiele miejsca, jego podstawowym elementem jest membrana wykonana przez chemiczne wytrawienie krzemu. W zależności od zakresu pomiaru czujnika grubość membrany wynosi od 5 ?m do 200?m. Przetworniki ciśnienia MEMS znajdują swoje zastosowanie m.in. w przyrządach do pomiaru ciśnienia atmosferycznego, ciśnieniomierzach medycznych, przyrządach do pomiaru wysokości (wysokościomierze ), przyrządach do pomiaru poziomu cieczy i gazów itp.

Akcelerometry i żyroskopy? to czujniki przyspieszenia technologii MEMS służą do pomiaru szybkości i poruszania się obiektów. Znajdują swoje zastosowanie w motoryzacji , głównie w budowie systemów bezpieczeństwa. Zamontowane w przedniej części samochodu pozwalają na wykrycie kolizji i uruchomienie poduszek powietrznych itp. Dzięki zastosowaniu taniej technologii MEMS koszt elektroniki odpowiedzialnej za działanie systemu bezpieczeństwa w samochodzie zmalał prawie 10krotnie. Akcelerometry możemy znaleźć tez w elektronice użytkowej tj. smartfony, aparaty fotograficzne, konsole do gier, przyrządach medycznych itp.

Układy MEMS tworzą również zespoły mechanizmów. Technologia ta pozwala na budowę mikroskopijnych silników czy generatorów. Jak na razie powstały tylko prototypy generatorów prądu z zastosowaniem tej techniki.

Nowoczesne urządzenia elektroniki użytkowej muszą być lekkie, małe i posiadać wiele funkcji najlepiej przy niezmiennej niskiej cenie. Układy MEMS pozwalają sprostać tym zapotrzebowaniom rynku. Choć wyzwaniem dla producentów MEMS jest zapewne zminimalizowanie cen tych elementów, to popularyzacja MEMS w masowej produkcji jest kwestią czasu.