继机电一体化之后,这是微型机电一体化的年代。
工业自动化是一个杰出的事务,它正朝着一个新的方向跨进。对种类、定制产品和产品差异化的需求不断添加,使得制作商很难批量生产零部件。
随后,小批量和批量生产会给安排带来巨大的本钱。因而,公司开端在工业自动化范畴探究新技能和新时机;其间一项技能便是微电子机械体系(MEMS)。继机电一体化之后,这是微型机电一体化的年代。
MEMS——先进半导体技能
MEMS表现了一种先进的半导体技能,它包含单个芯片上的移动元件和电子元件。
它致力于将集成电路(IC)制作技能(如互补金属氧化物半导体(CMOS)、BiCMOS(双极结晶体管和CMOS技能的集成)与立异的硅微加工444结合在一起。
MEMS制作技能包含体积微机械加工,包含对基底资料进行部分蚀刻或运用化学物质去除基底构成结构,以及外表微机械加工,其间资料沉积在基底上并构成结构。
MEMS技能供给的牢靠性、可扩展性、灵敏度和本钱效益高的处理方案为工业自动化范畴供给了很多的MEMS运用时机。压力传感器和惯性传感器(如加快度计和陀螺仪)是影响工业自动化范畴的MEMS传感器类型。
例如,硅微机械压力传感器在工业进程操控、轿车测验、液压和气动监控/操控等工业运用中都有运用。压力传感器的其他广泛运用包含冰箱状况监测、制冷剂收回、HVAC风机操控或可变风量丈量、压力逐步升高检测、走漏和压降检测以及许多其他工业进程操控运用。
工业微型机电一体化年代
MEMS技能对工业机器人特别有利,由于该技能能够运用于触觉传感器、导航或挨近传感器。
由于商业可行性较低的趋势以及某些非MEMS近距离传感技能在工业范畴的根深柢固,在将MEMS技能运用于制作挨近或方位传感器方面的研讨受到限制。
但是,MEMS技能答应开发或生产本钱较低的触觉传感器,使机器人能够取得感官信息,以便以更通用、自主的办法做出决议计划和履行动作。
微型化的趋势为多传感器在机器人、制作进程、进程操控以及生物技能和生命科学等范畴的运用带来了时机。
多传感器进步了对多个参数进行准确牢靠丈量的才能。一个要害的比如是美国宇航局开发的高温气体传感器阵列,也称为电子鼻。
该鼻传感器阵列选用MEMS技能制作,由多个传感器组成,适用于高温环境。该阵列由掺杂氮氧化物灵敏度的氧化锡传感器、根据碳化硅的碳氢化合物传感器和氧传感器组成。
传感器的作业原理不同,分别是电阻、二极管和电化学电池,每个传感器对环境中的单个气体有着天壤之别的呼应。
鼻阵适用于高温环境,能够监测化学物质。由于多传感器具有供给很多数据或信息的才能,能够供给更好的体系功用,因而,多传感器的开展趋势越来越显着。
MEMS湿度传感器在制作业具有潜力,首要用于不同职业的暖通空调体系。工业自动化商场的直接运用受到限制。HygrometricInc.参加制作根据水蒸气的MEMS湿度传感器。
MEMS制作的热电堆是红外(IR)传感器,用于丈量各种工业运用中的温度改变,如外表温度监测和包装(如食物和车辆)的温度操控。
这种设备也在红外气体丈量仪器中,反过来又被用于传感二氧化碳,用于建筑物的按需通风。
根据MEMS的热电堆红外传感器能够经过硅的体刻蚀来制作一种具有低热导率的薄膜。MEMS热电堆径向安装在薄膜上。当芯片暴露在红外辐射下时,热电堆丈量薄膜中心和外围之间的温差。
除了已有的商场之外,MEMS还在几个有期望的范畴得到运用。有几家公司有意出资于MEMS研制。总部坐落加州的集成微机械公司(integratedmicromachinesInc.)开发了超小型硅微继电器和微型开关。它们被用于高端工业运用。
德州仪器公司正在运用微机械元件制作平板显示器。桑迪亚国家实验室讲演家和其他组织的研讨人员正在尽力开发微型发动机的时机。
研讨和开发的要点也正在转向大型阵列或MEMS传感器网络,而不仅仅是单个MEMS器材。跟着计算机辅助规划东西和软件的浸透,MEMS器材的规划软件商场也得到了开展。例如,Coventor供给了MEMS规划软件,能够在三维空间中供给MEMS器材的准确模型。
MEMS的要害技能驱动要素
本钱:开始选用MEMS技能的首要驱动要素是本钱。MEMS技能具有下降本钱的巨大潜力,由于它能够很简单批量制作。例如,模仿设备公司的制作办法现已标准化,每年能运送数百万个加快计。与传统的传感器制作比较,该工艺流程简化,且所需的劳动力更少。
多用户MEMS工艺(MUMPS)是一种标准化的外表微机械加工技能,它是使用MEMSCAP中的多晶硅来制作MEMS器材的最廉价的制作技能之一。
硅是制作MEMS器材的首要资料,它能够使MEMS制作十分经济高效,因而赢利十分可观。
灵敏度进步:MEMS传感器比传统传感器更灵敏。这是MEMS传感器优于传统传感器的首要原因,特别是在高精度和高精度的运用中。
小尺度优势:紧凑是电子或机械设备商场的干流趋势。MEMS技能供给了在小面积内填充更多MEMS组件的才能,这能够下降特定产品的全体尺度。具有多种功用的MEMS组件能够增强产品的才能,例如工业机器人。
MEMS开展的首要技能路障
MEMS技能需求很多的初始出资。由于在某些工业自动化运用中完成大规模的体积需求,企业或许不愿意对MEMS进行大规模出资。
MEMS技能也具有特别的运用,因而存在着十分少数的标准化MEMS工艺。例如,压力传感器、加快度计、喷墨打印机、显示器和一切其他类型的MEMS都选用不同的工艺模块。因而,在规划、包装、测验和东西开发方面缺少协同或协作。
终究,定制工艺在MEMS商场中最为遍及。虽然压力传感器和加快度计标准化工艺的开展正在拓荒新的或许性,但高水平的知识产权阻止了新MEMS器材的标准化。
封装技能仍然是MEMS传感器成功商业化的核心技能妨碍。跟着MEMS技能的运用日益特别,MEMS器材的封装关于特定运用的封装将是一个严重应战。
MEMS传感器进入广泛运用,推进工业自动化开展
工业自动化是一个老练的商场,有着老练的流程。它也比大宗产品型传感器的更高的体积商场对价格灵敏;并且大多数工艺都是一次性出资。
工业自动化现在并不倾向于成为根据MEMS的传感器和履行器的大容量商场。由于MEMS器材的制作需求很多的初始出资,因而能够将精力会集在运用范畴,由于在这些范畴,如消费电子等需求量较大,以平衡出资本钱。
因而,寻求大批量运用的MEMS公司或许倾向于不专心于工业自动化,由于它或许无法发生某些其他细分商场的产值。
但是,工业自动化范畴能够为MEMS开发人员和供货商供给时机,以发明和供给更高价值的根据MEMS的传感器和驱动设备,与用于更高价格灵敏、更高容量运用的MEMS设备比较,这些传感器和驱动设备的价格或许更高。
MEMS传感器的压力、流量、加快度/振荡/歪斜、角速度等参数在必定程度上影响着工业自动化技能范畴。
现在,根据MEMS的传感器技能在这一范畴的浸透往往局限于进程监控运用、工业安全、机械监控,在装配线制作运用中也有必定程度的运用。
但是,跟着工业范畴向智能化、分布式以及无线监控方向开展,MEMS技能在这一范畴或许发挥着越来越重要的效果。
MEMS支撑的小型化和微机电一体化的趋势正在推进工业运用的组件、设备、体系和子体系的开展。但是,会集研讨和开展尽力,处理各种技能和科学问题,将有助于在其他范畴的转弯,并推进未来几年工业自动化的开展。
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