savalan
22nd January 2011, 12:51
http://www.aftab.ir/articles/science_education/technology/images/72e0146f8e37d3cfb111b344d91bbfc3.jpg
سیستمهای میکروالکترومکانیکی یا MEMS ، حاصل تلفیق اجزای مکانیکی، حس کننده ها، محرکها و قطعات الکترونیکی بر روی یک لایه سیلیکون به کمک فناوری ساخت تراشه های میکرونی است .
در حالی که قطعات الکترونیکی با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته می شوند (همانند فرآیندهای CMOS ، Bipolar و یا BICMOS)، عناصر میکروماشینها از طریق فرآیندهای ماشین کاری میکرونی ( Micromachining ) تولید می شوند به این ترتیب که بر حسب مورد، قسمتهایی از ویفر (Wafer) برداشته شده یا لایه های جدیدی به آن اضافه می شود.MEMS با تلفیق میکروالکترونیک سیلیکونی با فناوری ماشین کاری میکرونی، نوید تحول را در تقریبا" هرنوع محصولی می دهد تا به این ترتیب به "نظام روی یک تراشه" جامة عمل بپوشاند. MEMS فناوری واقعاً توانایی است که با درک و کنترل قابلیتهای "میکروسنسورها" و "میکرو محرکها" و به همراه آوردن توانایی محاسبات دستگاههای میکروالکترونیکی, موجب پیشرفت در تولیدات هوشمند می شود. MEMS همچنین فناوری بسیار گسترده و مستعدی است، چه در کاربرد و چه در نحوة ساخت و طراحی ابزارها.
فناوری MEMS امکان تلفیق میکروالکترونیک را با درک فعال و اعمال کنترلی فراهم کرده, فضای طراحی و کاربرد را بسط می دهد.
مدارهای پیوستة میکروالکترونیکی (IC) می توانند بعنوان مغز متفکر سیستمها باشند و MEMS با اضافه کردن "چشم" و "بازو" ، این قدرت تفکر را توسعه می دهد تا این میکروسیستمها بتوانند محیط اطرافشان را حس کرده و کنترل نمایند. این حسگرها در ساده ترین حالت خود با کمک اندازه گیری پدیده های مکانیکی، گرمایی، زیستی، شیمیایی، نوری و مغناطیسی، اطلاعات را از محیط جمع آوری می کنند. پس از اخذ اطلاعات از حس کننده ها, دستگاههای الکترومکانیکی به کمک قدرت تصمیم گیری خود، محرکها را به پاسخ هایی چون : حرکت، جابجایی، تنظیم کردن، پمپ کردن و *****کردن وادار کرده, محیط را به سمت نتایج موردنظر هدایت می کنند. از آنجا که دستگاههای MEMS همانند ICها با تکنیکهای ساخت ناپیوسته ساخته می شوند، می توان سطح بسیار بالایی از کارکرد، اطمینان و پیچیدگی را با هزینه اندک بر روی تراشة کوچک سیلیکونی شکل داد. فناوری MEMS توانایی کشفیات جدیدی را در علوم و مهندسی دارد، مثل:
ـ میکروسیستمهای واکنشهای زنجیره ا ی پلیمراز (PCR) برای تقویت و شناسایی DNA
ـ میکروسکپهای تونل زنی پیمایشگر (STM) که با فرآیندهای ماشینکاری میکرونی ساخته شده اند
ـ تراشه های زیستی شناساگر عوامل خطرناک شیمیایی و بیولوژیکی
ـ فناوری جهشی میکروسیستمها جهت غربال و انتخاب سریع دارو
ابزارهای MEMS در بازارهای مختلف صنعتی, تعیین کنندة کیفیت محصولات شده و پیش بینی می شود که این فناوری سالانه ۵۰% رشد داشته باشد.
اگرچه وسایل MEMS خیلی کوچک اند (مثلا" MEMS دارای موتورهای الکتریکی کوچکتر از قطر موی انسان است) ولی اهمیت فناوری MEMS فقط به اندازة آنها مربوط نمی شود. علاوه بر این، MEMS فقط به پایه سیلیکونی محدود نمی شود، هرچند سیلیکون به دلیل داشتن خواص عالی به یک انتخاب جالب توجه برای مصارف مکانیکی با کیفیت بالا تبدیل شده است. (مثلا" نسبت استحکام به وزن برای سیلیکون از خیلی از مواد مهندسی دیگر بالاتر است، که ساخت وسایل مکانیکی با پهنای باند وسیع (band width) را ممکن می سازد). در عوض، MEMS فناوری تولیدی است که راه جدیدی برای ایجاد سیستمهای الکترومکانیکی ارائه می دهد با تکنیکهای تولید ناپیوسته ارائه می دهد، مانند روش تولید مدارهای مجتمع که باعث تولید عناصر الکترومکانیکی در کنار قطعات الکترونیکی می شود.
این فناوری تولید جدید, مزایای متعددی دارد: اول اینکه MEMS فناوری گسترده ای است که بالفعل می تواند تأثیر مهمی بر انواع تولیدات تجاری و نظامی بگذارد. هم اکنون MEMS در هر چیزی, از نمایش فشار خون گرفته تا سیستمهای تعلیق فعال خودروها active suspension ) systems ) مورد استفاده قرار می گیرد. لذا ماهیت فناوری MEMS و کاربردهای متعددش، آن را از فناوریهای مرسوم حتی مدارهای مجتمع و ریزتراشه ها فراگیر تر نموده است.
دوم اینکه MEMS فاصلة بین سیستم های مکانیکی پیچیده و مدارهای مجتمع الکترونیکی را پر می کند. حس کننده ها و محرکها عموماً گران قیمت اند، به علاوه سیستم "الکترونیکی، محرکها و حس کننده ها" در ابعاد بزرگ قابل اعتماد نیستند. فناوری MEMS امکان ساخت سیستمهای میکروالکترومکانیکی را با استفاده از تکنیکهای ساخت ناپیوسته فراهم کرده موجب برابری قیمت و اعتبار حس کننده ها و محرکها با مدارهای مجتمع می شود. جالب اینکه، انتظار می رود کارآیی دستگاهها و ابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سیستمهای مقیاس ماکرو و قیمت آن خیلی پایین تر از آنها باشد.
به عنوان یک نمونة جدید از فواید فناوری MEMS می توان به شتاب سنجهای MEMS اشاره کرد، که به سرعت جایگزین سرعت سنجهای مربوط به سیستمهای کیسة هوا در اتومبیل می شود. در روش مرسوم از چندین شتاب سنج حجیم شامل اجزای مختلف در جلوی خودرو استفاده می شود که قطعات الکترونیکی سیستم در نزدیکی کیسة هوا قرار دارند و قیمت مجموعه بالغ بر ۵۰ دلار است.
MEMS این امکان را فراهم کرده تا شتاب سنج و وسایل الکترونیکی با هزینه ای کمتر از ۵ تا ۱۰ دلار در یک ریزتراشة سیلیکونی تلفیق شوند. شتاب سنج MEMS خیلی کوچکتر، کارآمدتر، سبکتر و قابل اعتمادتر بوده و قیمتی بسیار کمتر از شتاب سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار می رود ظرف چند سال آینده این شتاب سنجها جایگزین دستگاههای مشابه در کلیه خودروهای خارجی و داخلی گردند. بهای اندک عناصر شتاب سنج MEMS ، اجازة ساخت کیسة هوا برای حفاظت مسافرین در مقابل ضربات کناری را می دهد. ادامة پیشرفت در فناوری شتاب سنج MEMS در ۵ سال آینده، امکان می دهد تا حس کننده ها, اندازه و وزن یک مسافر را تعیین کرده پاسخ بهینه را محاسبه کنند تا صدمات احتمالی ناشی از کیسه هوا کاهش یابد
سیستمهای میکروالکترومکانیکی یا MEMS ، حاصل تلفیق اجزای مکانیکی، حس کننده ها، محرکها و قطعات الکترونیکی بر روی یک لایه سیلیکون به کمک فناوری ساخت تراشه های میکرونی است .
در حالی که قطعات الکترونیکی با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته می شوند (همانند فرآیندهای CMOS ، Bipolar و یا BICMOS)، عناصر میکروماشینها از طریق فرآیندهای ماشین کاری میکرونی ( Micromachining ) تولید می شوند به این ترتیب که بر حسب مورد، قسمتهایی از ویفر (Wafer) برداشته شده یا لایه های جدیدی به آن اضافه می شود.MEMS با تلفیق میکروالکترونیک سیلیکونی با فناوری ماشین کاری میکرونی، نوید تحول را در تقریبا" هرنوع محصولی می دهد تا به این ترتیب به "نظام روی یک تراشه" جامة عمل بپوشاند. MEMS فناوری واقعاً توانایی است که با درک و کنترل قابلیتهای "میکروسنسورها" و "میکرو محرکها" و به همراه آوردن توانایی محاسبات دستگاههای میکروالکترونیکی, موجب پیشرفت در تولیدات هوشمند می شود. MEMS همچنین فناوری بسیار گسترده و مستعدی است، چه در کاربرد و چه در نحوة ساخت و طراحی ابزارها.
فناوری MEMS امکان تلفیق میکروالکترونیک را با درک فعال و اعمال کنترلی فراهم کرده, فضای طراحی و کاربرد را بسط می دهد.
مدارهای پیوستة میکروالکترونیکی (IC) می توانند بعنوان مغز متفکر سیستمها باشند و MEMS با اضافه کردن "چشم" و "بازو" ، این قدرت تفکر را توسعه می دهد تا این میکروسیستمها بتوانند محیط اطرافشان را حس کرده و کنترل نمایند. این حسگرها در ساده ترین حالت خود با کمک اندازه گیری پدیده های مکانیکی، گرمایی، زیستی، شیمیایی، نوری و مغناطیسی، اطلاعات را از محیط جمع آوری می کنند. پس از اخذ اطلاعات از حس کننده ها, دستگاههای الکترومکانیکی به کمک قدرت تصمیم گیری خود، محرکها را به پاسخ هایی چون : حرکت، جابجایی، تنظیم کردن، پمپ کردن و *****کردن وادار کرده, محیط را به سمت نتایج موردنظر هدایت می کنند. از آنجا که دستگاههای MEMS همانند ICها با تکنیکهای ساخت ناپیوسته ساخته می شوند، می توان سطح بسیار بالایی از کارکرد، اطمینان و پیچیدگی را با هزینه اندک بر روی تراشة کوچک سیلیکونی شکل داد. فناوری MEMS توانایی کشفیات جدیدی را در علوم و مهندسی دارد، مثل:
ـ میکروسیستمهای واکنشهای زنجیره ا ی پلیمراز (PCR) برای تقویت و شناسایی DNA
ـ میکروسکپهای تونل زنی پیمایشگر (STM) که با فرآیندهای ماشینکاری میکرونی ساخته شده اند
ـ تراشه های زیستی شناساگر عوامل خطرناک شیمیایی و بیولوژیکی
ـ فناوری جهشی میکروسیستمها جهت غربال و انتخاب سریع دارو
ابزارهای MEMS در بازارهای مختلف صنعتی, تعیین کنندة کیفیت محصولات شده و پیش بینی می شود که این فناوری سالانه ۵۰% رشد داشته باشد.
اگرچه وسایل MEMS خیلی کوچک اند (مثلا" MEMS دارای موتورهای الکتریکی کوچکتر از قطر موی انسان است) ولی اهمیت فناوری MEMS فقط به اندازة آنها مربوط نمی شود. علاوه بر این، MEMS فقط به پایه سیلیکونی محدود نمی شود، هرچند سیلیکون به دلیل داشتن خواص عالی به یک انتخاب جالب توجه برای مصارف مکانیکی با کیفیت بالا تبدیل شده است. (مثلا" نسبت استحکام به وزن برای سیلیکون از خیلی از مواد مهندسی دیگر بالاتر است، که ساخت وسایل مکانیکی با پهنای باند وسیع (band width) را ممکن می سازد). در عوض، MEMS فناوری تولیدی است که راه جدیدی برای ایجاد سیستمهای الکترومکانیکی ارائه می دهد با تکنیکهای تولید ناپیوسته ارائه می دهد، مانند روش تولید مدارهای مجتمع که باعث تولید عناصر الکترومکانیکی در کنار قطعات الکترونیکی می شود.
این فناوری تولید جدید, مزایای متعددی دارد: اول اینکه MEMS فناوری گسترده ای است که بالفعل می تواند تأثیر مهمی بر انواع تولیدات تجاری و نظامی بگذارد. هم اکنون MEMS در هر چیزی, از نمایش فشار خون گرفته تا سیستمهای تعلیق فعال خودروها active suspension ) systems ) مورد استفاده قرار می گیرد. لذا ماهیت فناوری MEMS و کاربردهای متعددش، آن را از فناوریهای مرسوم حتی مدارهای مجتمع و ریزتراشه ها فراگیر تر نموده است.
دوم اینکه MEMS فاصلة بین سیستم های مکانیکی پیچیده و مدارهای مجتمع الکترونیکی را پر می کند. حس کننده ها و محرکها عموماً گران قیمت اند، به علاوه سیستم "الکترونیکی، محرکها و حس کننده ها" در ابعاد بزرگ قابل اعتماد نیستند. فناوری MEMS امکان ساخت سیستمهای میکروالکترومکانیکی را با استفاده از تکنیکهای ساخت ناپیوسته فراهم کرده موجب برابری قیمت و اعتبار حس کننده ها و محرکها با مدارهای مجتمع می شود. جالب اینکه، انتظار می رود کارآیی دستگاهها و ابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سیستمهای مقیاس ماکرو و قیمت آن خیلی پایین تر از آنها باشد.
به عنوان یک نمونة جدید از فواید فناوری MEMS می توان به شتاب سنجهای MEMS اشاره کرد، که به سرعت جایگزین سرعت سنجهای مربوط به سیستمهای کیسة هوا در اتومبیل می شود. در روش مرسوم از چندین شتاب سنج حجیم شامل اجزای مختلف در جلوی خودرو استفاده می شود که قطعات الکترونیکی سیستم در نزدیکی کیسة هوا قرار دارند و قیمت مجموعه بالغ بر ۵۰ دلار است.
MEMS این امکان را فراهم کرده تا شتاب سنج و وسایل الکترونیکی با هزینه ای کمتر از ۵ تا ۱۰ دلار در یک ریزتراشة سیلیکونی تلفیق شوند. شتاب سنج MEMS خیلی کوچکتر، کارآمدتر، سبکتر و قابل اعتمادتر بوده و قیمتی بسیار کمتر از شتاب سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار می رود ظرف چند سال آینده این شتاب سنجها جایگزین دستگاههای مشابه در کلیه خودروهای خارجی و داخلی گردند. بهای اندک عناصر شتاب سنج MEMS ، اجازة ساخت کیسة هوا برای حفاظت مسافرین در مقابل ضربات کناری را می دهد. ادامة پیشرفت در فناوری شتاب سنج MEMS در ۵ سال آینده، امکان می دهد تا حس کننده ها, اندازه و وزن یک مسافر را تعیین کرده پاسخ بهینه را محاسبه کنند تا صدمات احتمالی ناشی از کیسه هوا کاهش یابد