Mikro - elektromechanické systémy (MEMS) sa objavili ako revolučná technológia, ktorá integruje mechanické prvky, senzory, ovládače a elektroniku v mikroskopickom meradle. Tieto systémy našli rozsiahle aplikácie v rôznych oblastiach vrátane automobilového priemyslu, letectva, spotrebnej elektroniky a zdravotnej starostlivosti. Kovové kompozitné materiály s ich jedinečnou kombináciou vlastností sa stali čoraz dôležitejšími pri vývoji a výrobe zariadení MEMS. Ako vedúci dodávateľ kovového kompozitného materiálu som nadšený, že môžem preskúmať rôzne aplikácie týchto materiálov v MEMS.
1. Úvod do kovových kompozitných materiálov
Kovové kompozitné materiály sa vyrábajú kombináciou dvoch alebo viacerých kovov alebo kovu s kovom, aby sa vytvoril materiál s vylepšenými vlastnosťami v porovnaní s jednotlivými komponentmi. Tieto vlastnosti môžu zahŕňať vysokú pevnosť, dobrú elektrickú vodivosť, vynikajúcu tepelnú vodivosť, odpor korózie a nízku hustotu. Bežné kovové kompozitné materiály používané v MEMS zahŕňajú kompozity medi - niklové kompozity, kompozity z hliníka - kremík a kompozity titánu - zliatiny.
2. Elektrická vodivosť a prepojenia
Jednou z primárnych požiadaviek v MEMS je efektívne elektrické vedenie. Kovové kompozitné materiály, napríkladMedená fólia pokovovaná nikel, ponúka vynikajúcu elektrickú vodivosť. Meď je dobre známa svojou vysokou elektrickou vodivosťou, zatiaľ čo nikel poskytuje odolnosť proti korózii a mechanickú stabilitu. V MEMS sa tieto kompozitné materiály používajú na vytváranie elektrických prepojení. Prepojenia sú nevyhnutné na prenos elektrických signálov medzi rôznymi komponentmi zariadenia MEMS, ako sú senzory, ovládače a integrované obvody.
Kompozitné fólie medi - nikel sa dajú vzorovať pomocou mikrofabačných techník, ako je fotolitografia a leptanie, aby sa vytvorili presné prepojené štruktúry. Tieto prepojenia musia byť veľmi spoľahlivé, pretože akékoľvek zlomenie alebo degradácia môže viesť k zlyhaniu celého zariadenia MEMS. Kombinácia vodivosti medi a ochranných vlastností niklu zaisťuje, že prepojenia môžu pracovať stabilne po dlhú dobu, dokonca aj v tvrdých prostrediach.
3. Štrukturálne komponenty a mechanické vlastnosti
Zariadenia MEMS často vyžadujú štrukturálne komponenty, ktoré môžu odolávať mechanickému napätiu, vibráciám a šoku. Kovové kompozitné materiály môžu byť navrhnuté tak, aby mali pomery vysokej pevnosti - k hmotnosti, vďaka čomu sú pre tieto aplikácie ideálne. Napríklad hliníkové - kremíkové kompozity sú ľahké a majú dobrú mechanickú pevnosť. Môžu sa použiť na výrobu štrukturálnych prvkov, ako sú konzoly, pružiny a bránice v senzoroch a ovládačoch MEMS.
Konzoly sa bežne používajú v senzoroch MEMS na detekciu fyzikálnych množstiev, ako je sila, tlak a zrýchlenie. Mechanické vlastnosti kovového kompozitného materiálu určujú citlivosť a spoľahlivosť konzoly. Dobre navrhnutý konzolový konzol pre hliník - kremík sa môže presne odchýliť v reakcii na vonkajší stimul a premeniť mechanickú deformáciu na elektrický signál. Springs a membrány sa tiež spoliehajú na vhodné mechanické vlastnosti materiálu, ktoré fungujú správne. Kovové kompozitné materiály môžu byť prispôsobené procesom legovania a tepelného spracovania, aby sa dosiahla požadovaná tuhosť, flexibilita a odolnosť proti únave.
4. Termálne riadenie
Tepelné riadenie je rozhodujúce v zariadeniach MEMS, pretože nadmerné teplo môže degradovať výkon a spoľahlivosť elektronických komponentov. Kovové kompozitné materiály s vysokou tepelnou vodivosťou sa môžu použiť na efektívne rozptyľovanie tepla. Napríklad kompozity založené na medi sú vynikajúce tepelné vodiče. Môžu byť integrované do balíkov MEMS alebo sa používajú ako rozmetanie tepla.
Rozmetie tepla sa používajú na rovnomerné rozdelenie tepla cez zariadenie MEMS, čím sa zabráni tvorbe teplých škvŕn. V zariadeniach s vysokým výkonom MEMS, ako sú RF (rádio -frekvenčné) prepínače MEMS a ovládacie ovládače výkonu, môže byť generovanie tepla významné. Rozprevok na kompozitné teplo môže rýchlo preniesť teplo z aktívnych komponentov do okolitého prostredia. To pomáha udržiavať teplotu zariadenia MEMS v prijateľnom rozsahu, zaisťuje jeho správnu prevádzku a predĺži jeho životnosť.
5. Senzory a transdukčné mechanizmy
Kovové kompozitné materiály zohrávajú dôležitú úlohu pri fungovaní senzorov MEMS. Mnoho senzorov sa spolieha na transdukčné mechanizmy, ktoré prevádzajú fyzikálne množstvo na elektrický signál. Napríklad v snímači MEMS Comme Gauge sa ako snímací prvok používa kovový kompozitný materiál. Ak sa na senzor použije mechanické namáhanie, odpor kovového kompozitu sa zmení. Táto zmena odporu sa môže merať a korelovať s veľkosťou kmeňa.
Výber kovového kompozitného materiálu ovplyvňuje citlivosť a linearitu rozchodu odevu. Uprednostňujú sa materiály s faktorom vysokého rozchodu (miera citlivosti zmeny odporu na kmeň). Niektoré kovové kompozitné materiály sa dajú optimalizovať zliatinou a spracovaním zliatiny, aby sa dosiahol faktor s vysokým rozmerom. Stabilita elektrických vlastností materiálu v priebehu času je navyše rozhodujúca pre presnú a spoľahlivú prevádzku snímača.
6. Ovládače a elektromagnetické vlastnosti
Ovládače sú komponenty v zariadeniach MEMS, ktoré premieňajú elektrickú energiu na mechanický pohyb. Kovové kompozitné materiály s vhodnými elektromagnetickými vlastnosťami sa môžu použiť v elektromagnetických ovládačoch. Napríklad kompozity železa - nikel sú feromagnetické materiály. Môžu sa používať v elektromagnetických ovládačoch MEMS, kde sa magnetické pole používa na generovanie sily a spôsobenie mechanického posunu.
Tieto ovládače sa používajú v rôznych aplikáciách, ako sú mikro ventily, mikro -čerpadlá a optické spínače. Magnetické vlastnosti kovového kompozitného materiálu určujú pevnosť magnetickej sily a účinnosť ovládača. Dôkladným reguláciou zloženia a mikroštruktúry kompozitu železa - niklu sa môžu magnetické vlastnosti optimalizovať na dosiahnutie požadovaného výkonu pohonu.
7. Odolnosť proti korózii v drsnom prostredí
Mnoho aplikácií MEMS vyžaduje, aby zariadenia fungovali v drsnom prostredí, ako je vysoká vlhkosť, korozívne chemické alebo slané prostredie. Kovové kompozitné materiály môžu byť navrhnuté tak, aby mali vynikajúcu odolnosť proti korózii. Napríklad kompozity niklu - chrómu tvoria na svojom povrchu pasívnu vrstvu oxidu, ktorá chráni podkladový kov pred koróziou.
V MEMS senzoroch používaných pri monitorovaní životného prostredia alebo chemickej analýze je kritická odolnosť proti korózii materiálov. Akákoľvek korózia komponentov senzora môže viesť k nepresným meraniam a predčasnému zlyhaniu zariadenia. Použitie kovových materiálov odolných voči korózii zaisťuje, že zariadenia MEMS môžu v týchto náročných podmienkach spoľahlivo fungovať.
8. Kontaktujte nás pre vaše potreby materiálov MEMS
Ako dôveryhodný dodávateľ zloženého kovového kompozitného materiálu chápeme jedinečné požiadavky aplikácií MEMS. Ponúkame širokú škálu vysoko kvalitných kovových kompozitných materiálov vrátaneMedená fólia pokovovaná nikel, ktoré sú špeciálne skonštruované pre MEMS. Naše materiály sa vyrábajú pomocou pokročilých výrobných procesov na zabezpečenie konzistentnej kvality a výkonu.
Ak ste zapojení do vývoja alebo výroby zariadení MEMS, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali pre viac informácií. Či už potrebujete materiály pre elektrické prepojenia, štrukturálne komponenty, tepelné riadenie alebo iné aplikácie MEMS, máme odborné znalosti a produkty, ktoré vyhovujú vašim potrebám. Môžeme s vami úzko spolupracovať, aby sme pochopili vaše konkrétne požiadavky a poskytli prispôsobené riešenia.
Odkazy
- Madou, MJ (2002). Základy mikrofabrikácie: veda o miniaturizácii. CRC Press.
- Kovacs, GTA (1998). SourceBook s mikromachinovanými prevodníkmi. McGraw - Hill.
- Trimmer, WSN (ed.). (1997). Mikromachíny a mikroelektromechanické systémy: návrh, výroba a integrácia systému. Wiley.