미세 전자 기계 시스템(MEMS 부품) 및 이를 기반으로 하는 센서
MEMS 구성 요소(러시아어 MEMS) — 미세 전자 기계 시스템을 의미합니다. 그것들의 주요 특징은 움직일 수 있는 3D 구조를 포함하고 있다는 것입니다. 외부 영향으로 움직입니다. 따라서 전자는 MEMS 부품뿐만 아니라 구성 부품에서도 움직입니다.
MEMS 구성 요소는 종종 실리콘 기판에서 제조되는 마이크로 전자 공학 및 마이크로 역학의 요소 중 하나입니다. 구조상 단일 칩 집적 회로와 유사합니다. 일반적으로 이러한 MEMS 기계 부품의 크기는 단위에서 수백 마이크로미터에 이르고 결정 자체는 20μm에서 1mm입니다.
그림 1은 MEMS 구조의 예입니다.
사용 예:
1. 다양한 미세 회로의 생산.
2. MEMS 발진기는 때때로 교체됩니다. 석영 공진기.
3. 다음을 포함한 센서 생산:
-
가속도계;
-
자이로스코프
-
각속도 센서;
-
자기 센서;
-
기압계;
-
환경 분석가;
-
무선 신호 측정 변환기.
MEMS 구조에 사용되는 재료
MEMS 구성 요소가 만들어지는 주요 재료는 다음과 같습니다.
1. 실리콘. 현재 대부분의 전자 부품은 이 재료로 만들어집니다. 스프레드, 강도, 변형 중에 특성이 실제로 변경되지 않는 등 여러 가지 장점이 있습니다. 포토리소그래피에 이은 에칭은 실리콘 MEMS의 주요 제조 방법입니다.
2. 폴리머. 실리콘은 일반적인 재료이지만 상대적으로 비싸기 때문에 경우에 따라 폴리머를 사용하여 대체할 수 있습니다. 그들은 산업적으로 대량으로 생산되며 다양한 특성을 가지고 있습니다. 폴리머 MEMS의 주요 제조 방법은 사출 성형, 스탬핑 및 스테레오리소그래피입니다.
대형 제조업체의 예를 기반으로 한 생산량
이러한 구성 요소에 대한 수요의 예로 ST Microelectronics를 살펴보겠습니다. MEMS 기술에 많은 투자를 하고 공장과 공장에서 하루에 최대 3,000,000개의 요소를 생산합니다.
그림 2 — MEMS 부품을 개발하는 회사의 생산 설비
생산 주기는 5개의 주요 주요 단계로 나뉩니다.
1. 칩 생산.
2. 테스트.
3. 케이스 포장.
4. 최종 테스트.
5. 딜러에게 배송.
그림 3 — 생산 주기
다른 유형의 MEMS 센서의 예
인기 있는 MEMS 센서 중 일부를 살펴보겠습니다.
가속도계 선형 가속도를 측정하는 장치입니다. 물체의 위치나 움직임을 결정하는 데 사용됩니다. 모바일 기술, 자동차 등에 사용됩니다.
그림 4 - 가속도계가 인식하는 세 개의 축
그림 5 - MEMS 가속도계의 내부 구조
그림 6 — 가속도계 구조 설명
LIS3DH 컴포넌트 예제를 사용하는 가속도계 기능:
1.3축 가속도계.
2. SPI 및 I2C 인터페이스와 함께 작동합니다.
3. 4가지 저울로 측정: ± 2, 4, 8 및 16g.
4. 고해상도(최대 12비트).
5. 낮은 소비 전력: 저전력 모드(1Hz)에서 2µA, 일반 모드(50Hz)에서 11µA, 셧다운 모드에서 5µA.
6. 작업 유연성:
-
8 ODR: 1/10/25/50/100/400/1600/5000Hz;
-
최대 2.5kHz의 대역폭;
-
32레벨 FIFO(16비트),
-
3개의 ADC 입력;
-
온도 센서;
-
1.71 ~ 3.6V 전원 공급 장치;
-
자기진단기능;
-
케이스 3 x 3 x 1mm. 2.
자이로스코프 각변위를 측정하는 장치입니다. 축에 대한 회전 각도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 장치는 항공기(비행기 및 다양한 UAV)의 항법 및 비행 제어 시스템으로 사용하거나 모바일 장치의 위치를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 7 — 자이로스코프로 측정한 데이터
그림 8 - 내부 구조
예를 들어 L3G3250A MEMS 자이로스코프의 특성을 고려하십시오.
-
3축 아날로그 자이로스코프;
-
아날로그 소음 및 진동에 대한 내성;
-
2 측정 척도: ± 625 °/s 및 ± 2500 °/s;
-
종료 및 절전 모드;
-
자기진단기능;
-
공장 교정;
-
고감도: 625°/s에서 2mV/°/s
-
내장 저역 통과 필터
-
고온에서의 안정성(0.08°/s/°C)
-
고충격 상태: 0.1ms에 10000g
-
온도 범위 -40 ~ 85 °C
-
공급 전압: 2.4 — 3.6V
-
소비: 일반 모드에서 6.3mA, 절전 모드에서 2mA, 셧다운 모드에서 5μA
-
케이스 3.5 x 3 x 1 LGA
결론
MEMS 센서 시장에는 보고서에서 논의된 예 외에도 다음과 같은 다른 요소가 있습니다.
-
다축(예: 9축) 센서
-
컴퍼스;
-
환경 측정용 센서(압력 및 온도)
-
디지털 마이크 등.
차량 및 휴대용 웨어러블 컴퓨터에 활발히 사용되는 현대 산업 고정밀 미세 전자 기계 시스템.