માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ (MEMS ઘટકો) અને તેના પર આધારિત સેન્સર

MEMS ઘટકો (રશિયન MEMS) - એટલે માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ. તેમાં મુખ્ય વિશિષ્ટ લક્ષણ એ છે કે તેમાં એક જંગમ 3D માળખું છે. તે બાહ્ય પ્રભાવોને લીધે આગળ વધે છે. તેથી, MEMS ઘટકોમાં માત્ર ઇલેક્ટ્રોન જ નહીં, પણ ઘટક ભાગોમાં પણ ફરે છે.

MEMS ઘટકો માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોમિકેનિક્સના ઘટકોમાંના એક છે, જે ઘણીવાર સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર ઉત્પાદિત થાય છે. બંધારણમાં, તેઓ સિંગલ-ચિપ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ જેવું લાગે છે. સામાન્ય રીતે, આ MEMS યાંત્રિક ભાગો કદમાં એકમોથી સેંકડો માઇક્રોમીટર સુધીના હોય છે, અને ક્રિસ્ટલ પોતે 20 μm થી 1 mm સુધીના હોય છે.

આકૃતિ 1 એ MEMS સ્ટ્રક્ચરનું ઉદાહરણ છે

ઉપયોગના ઉદાહરણો:

1. વિવિધ માઇક્રોકિરકિટ્સનું ઉત્પાદન.

2. MEMS ઓસિલેટર ક્યારેક બદલવામાં આવે છે ક્વાર્ટઝ રેઝોનેટર.

3. સેન્સરનું ઉત્પાદન, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• એક્સેલરોમીટર;

• ગાયરોસ્કોપ

• કોણીય વેગ સેન્સર;

• મેગ્નેટમેટ્રિક સેન્સર;

• બેરોમીટર;

• પર્યાવરણીય વિશ્લેષકો;

• રેડિયો સિગ્નલ માપન ટ્રાન્સડ્યુસર્સ.

MEMS સ્ટ્રક્ચર્સમાં વપરાતી સામગ્રી

મુખ્ય સામગ્રી કે જેમાંથી MEMS ઘટકો બનાવવામાં આવે છે તેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

1. સિલિકોન. હાલમાં, મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો આ સામગ્રીમાંથી બનેલા છે. તેના અસંખ્ય ફાયદા છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: ફેલાવો, તાકાત, વિકૃતિ દરમિયાન વ્યવહારીક રીતે તેના ગુણધર્મોને બદલતા નથી. ફોટોલિથોગ્રાફી પછી એચિંગ એ સિલિકોન MEMS માટે પ્રાથમિક ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિ છે.

2. પોલિમર. સિલિકોન, સામાન્ય સામગ્રી હોવા છતાં, પ્રમાણમાં ખર્ચાળ હોવાથી, કેટલાક કિસ્સાઓમાં તેને બદલવા માટે પોલિમરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેઓ ઔદ્યોગિક રીતે મોટા જથ્થામાં અને વિવિધ લાક્ષણિકતાઓ સાથે ઉત્પન્ન થાય છે. પોલિમર MEMS માટે મુખ્ય ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ ઈન્જેક્શન મોલ્ડિંગ, સ્ટેમ્પિંગ અને સ્ટીરીઓલિથોગ્રાફી છે.

મોટા ઉત્પાદકના ઉદાહરણ પર આધારિત ઉત્પાદન વોલ્યુમ

આ ઘટકોની માંગના ઉદાહરણ માટે, ચાલો ST માઈક્રોઈલેક્ટ્રોનિક્સ લઈએ. તે MEMS ટેક્નોલોજીમાં મોટું રોકાણ કરે છે, તેની ફેક્ટરીઓ અને પ્લાન્ટ્સ દરરોજ 3,000,000 તત્વોનું ઉત્પાદન કરે છે.

આકૃતિ 2 — MEMS ઘટકોનો વિકાસ કરતી કંપનીની ઉત્પાદન સુવિધાઓ

ઉત્પાદન ચક્ર 5 મુખ્ય મુખ્ય તબક્કાઓમાં વહેંચાયેલું છે:

1. ચિપ્સનું ઉત્પાદન.

2. પરીક્ષણ.

3. કેસોમાં પેકિંગ.

4. અંતિમ પરીક્ષણ.

5. ડીલરોને ડિલિવરી.

આકૃતિ 3 - ઉત્પાદન ચક્ર

વિવિધ પ્રકારના MEMS સેન્સરના ઉદાહરણો

ચાલો કેટલાક લોકપ્રિય MEMS સેન્સર પર એક નજર કરીએ.

એક્સેલરોમીટર આ એક ઉપકરણ છે જે રેખીય પ્રવેગકને માપે છે. તેનો ઉપયોગ ઑબ્જેક્ટનું સ્થાન અથવા હિલચાલ નક્કી કરવા માટે થાય છે. તેનો ઉપયોગ મોબાઈલ ટેકનોલોજી, કાર અને વધુમાં થાય છે.

આકૃતિ 4 — એક્સીલેરોમીટર દ્વારા ઓળખાયેલ ત્રણ અક્ષો

આકૃતિ 5 — MEMS એક્સીલેરોમીટરનું આંતરિક માળખું

આકૃતિ 6 — એક્સીલેરોમીટરનું માળખું સમજાવ્યું

LIS3DH ઘટક ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને એક્સીલેરોમીટર લક્ષણો:

1.3 -અક્ષ એક્સીલેરોમીટર.

2. SPI અને I2C ઇન્ટરફેસ સાથે કામ કરે છે.

3. 4 ભીંગડા પર માપન: ± 2, 4, 8 અને 16 જી.

4. ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન (12 બિટ્સ સુધી).

5. ઓછો વપરાશ: લો પાવર મોડમાં 2 µA (1Hz), 11 µA સામાન્ય મોડમાં (50Hz) અને 5 µA શટડાઉન મોડમાં.

6. કાર્યની સુગમતા:

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

• બેન્ડવિડ્થ 2.5 kHz સુધી;

• 32-સ્તર FIFO (16-bit);

• 3 એડીસી ઇનપુટ્સ;

• તાપમાન સેન્સર;

• 1.71 થી 3.6 વી વીજ પુરવઠો;

• સ્વ-નિદાન કાર્ય;

• કેસ 3 x 3 x 1 મીમી. 2.

ગાયરોસ્કોપ તે એક ઉપકરણ છે જે કોણીય વિસ્થાપનને માપે છે. તેનો ઉપયોગ ધરીની આસપાસના પરિભ્રમણના કોણને માપવા માટે કરી શકાય છે. આવા ઉપકરણોનો ઉપયોગ એરક્રાફ્ટ માટે નેવિગેશન અને ફ્લાઇટ કંટ્રોલ સિસ્ટમ તરીકે થઈ શકે છે: એરોપ્લેન અને વિવિધ યુએવી, અથવા મોબાઇલ ઉપકરણોની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે.

આકૃતિ 7 — ગાયરોસ્કોપ વડે માપવામાં આવેલ ડેટા

આકૃતિ 8 - આંતરિક માળખું

ઉદાહરણ તરીકે, L3G3250A MEMS ગાયરોસ્કોપની લાક્ષણિકતાઓને ધ્યાનમાં લો:

• 3-અક્ષ એનાલોગ ગાયરોસ્કોપ;

• એનાલોગ અવાજ અને કંપન માટે પ્રતિરક્ષા;

• 2 માપવાના ભીંગડા: ± 625 ° / s અને ± 2500 ° / s;

• શટડાઉન અને સ્લીપ મોડ્સ;

• સ્વ-નિદાન કાર્ય;

• ફેક્ટરી માપાંકન;

• ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા: 2 mV/°/s 625 °/s પર

• બિલ્ટ-ઇન લો-પાસ ફિલ્ટર

• ઊંચા તાપમાને સ્થિરતા (0.08°/s/°C)

• ઉચ્ચ અસર સ્થિતિ: 0.1ms માં 10000g

• તાપમાન શ્રેણી -40 થી 85 ° સે

• સપ્લાય વોલ્ટેજ: 2.4 - 3.6V

• વપરાશ: સામાન્ય મોડમાં 6.3 mA, સ્લીપ મોડમાં 2 mA અને શટડાઉન મોડમાં 5 μA

• કેસ 3.5 x 3 x 1 એલજીએ

તારણો

MEMS સેન્સર માર્કેટમાં, રિપોર્ટમાં ચર્ચા કરાયેલા ઉદાહરણો ઉપરાંત, અન્ય ઘટકો છે જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• બહુ-અક્ષ (દા.ત. 9-અક્ષ) સેન્સર

• હોકાયંત્રો;

• પર્યાવરણ (દબાણ અને તાપમાન) માપવા માટે સેન્સર;

• ડિજિટલ માઇક્રોફોન અને વધુ.

આધુનિક ઔદ્યોગિક ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સિસ્ટમ્સ કે જે સક્રિયપણે વાહનો અને પોર્ટેબલ વેરેબલ કમ્પ્યુટર્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.