سمینار تکنولوژی MEMS ساخت و حوزه های کاربردی آن در صنعت

(70صفحه/ POWER POINT  )

سمینار کامل ,word , pdf ,powerpoint در مورد تکنولوژی MEMS ساخت و حوزه های کاربردی آن در صنعت – از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید. در ادامه خلاصه کوچکی از مطلب را میبینید.

موضوع کمک برای ارائه مطلب برای موضوع سمینار MEMS   میباشد.در این سمینار به جزییات نحوه ساخت یک نمونه سنسور فشار  mems و روش های etching و لایه نشانی و ..  و همچنینی به نحوه  ساخت و طراحی سنسور ممز پرداخته شده است. 70 صفحه.

چکیده :

سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی MEMS  فناوری سیستم‌های بسیار کوچک در ابعاد میکرومتر است. در حالی که قطعات الکترونیکی با استفاده از روال ساخت مدار مجتمع (IC) ساخته می‌شوند (همانند فرایندهای CMOS، Bipolar و یاBICMOS ، عناصر میکروماشینها از طریق فرایندهای ماشین کاری میکرونی (Micromachining)  تولید می‌شوند به این ترتیب که بر حسب مورد، قسمتهایی از ویفر (Wafer) برداشته‌شده یا لایه‌های جدیدی به آن اضافه می‌شود  MEMS با تلفیق میکروالکترونیک سیلیکونی با فناوری ماشین کاری میکرونی، نوید تحول را در تقریباً هرنوع محصولی می‌دهد تا به این ترتیب به ایجاد ساختار مکانیکی بر روی تراشه جامه عمل بپوشاند. این فناوری بسیار توانا بوده و با درک و کنترل قابلیتهای «میکروسنسورها و»میکرو محرک ها و به همراه آوردن توانایی محاسبات دستگاههای میکروالکترونیکی، موجب پیشرفت در تولیدات هوشمند الکترونیک شده است .

در اواخر 1950، فیزیکدانی به نام ریچارد فاینمن، با پیشنهاد جایزه 1000 دلاری برای اولین فردی که موفق به ساخت موتور الکتریکی “کوچکتر از1/64 اینچ” شود، توجه مردم را به این موضوع جلب کرد.و درکمال حیرت، ویلیام مک‌لیلان، با کوشش فراوان وصرف ساعات بسیار خسته‌کننده، توانست این کار را با انبرک دستی و یک میکروسکوپ معمولی انجام دهد.

سال‌های اخیر فناوری‌MEMS  رشد زیادی داشته و به سرعت در سایر ادوات و تجهیزات عمومی که کاربرد روزمره فراوانی دارند وارد شده است و بازار جهانی خوبی برای فناوری MEMS ایجاد شده است . در شکل سهم استفاده از فناوری MEMS در حوزه های مختلف را نشان می‌دهد. MEMS به عنوان یکی از تکنو لوژیهای برتر قرن 21 به شمار می‌رود که پتانسیل لازم برای متحول ساختن تولیدات مصرفی و صنعتی دارد (با ترکیب کردن تکنولوژی میکرو مکانیک و میکرو الکترونیک سلیکونی) تکنیک های به کار رفته بطور شگفت انگیزی بر روی زندگی ما تاثیر دارد.

حوزه های عملکرد MEMS

1- مکانیکی: نیرو،فشار،سرعت،شتاب و موقعیت، صوت
2- حرارتی: دما،گرما،سرما (تا نزدیکی صفر کلوین)
3- شیمیایی: غلظت،ترکیب شیمیایی و سرعت واکنش
4- الکتریکی: ولتاژ،جریان،بار،مقاومت،خازن
5- مغناطیس: شدت میدان،چگالی شار،گشتاورمغناطیسی،قابلیت گذردهی(پرمابلیته)
نورانی: شدت موج الکترومغناطیس،طول موج،فاز،بازتاب قطبی، شکست نور،فرستنده و …..  میباشد. و بااین روشها باعث پیشرفت تکنولوژی میگردد.

بازار جهانی این محصولات در پایان سال ۲۰۱۱ با تقریب ۷.۵ میلیارد دلار تخمین زده می شود. نزدیک به ۲.۱ میلیارد دلار از بازار این محصولات در بخش الکترونیک مصرفی و موبایل ها خواهد بود. از این رقم ۱.۸میلیارد دلار مربوط به صنعت خودرو می باشد. که برخی از این محصولات بیشتر در خودروهای لوکس استفاده می شوند.

بازار جهانیMEMS

بازار جهانی این محصولات در پایان سال ۲۰۱۱ با تقریب ۷٫۵ میلیارد دلار تخمین زده می شود. نزدیک به ۲٫۱ میلیارد دلار از بازار این محصولات در بخش الکترونیک مصرفی و موبایل ها خواهد بود. از این رقم ۱٫۸میلیارد دلار مربوط به صنعت خودرو می باشد. که برخی از این محصولات بیشتر در خودروهای لوکس استفاده می شوند. حدود ۱٫۸ میلیارد دلار نیز به بخش پردازش داده ها در بازار پرینتر های جوهرافشان اختصاص دارد. ۱٫۷ میلیارد دلار باقی مانده نیز به بخش های صنعتی، پزشکی، نظامی و … اختصاص دارد.

 

صنعت MEMS اولین نزول خود را در ۲۰ سال گذشته در طی بحران اقتصادی تجربه کرد. پس از کاهش ۵ درصدی درآمد در سال ۲۰۰۸ و ۸ درصدی در سال ۲۰۰۹، بازار با رشد ۱۲٫۲ درصدی از سال ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ روبرو خواهد بود. این بازگشت نتیجه کنار هم جمع شدن چندین عامل طی این ۵ سال خواهد بود. در حال حاضر بازار موبایل و الکترونیک مصرفی، پیشران صنعت MEMS می باشند، در همین حال بخش خودرو نیز در حال بهره گیری از قوانین مرتبط با ایمنی و کنترل انتشار آلاینده ها می باشد و مانند بازار محصولات با ارزش بالا در صنایع، پزشکی و هوافضا و نظامی از رشدی قوی و پیوسته برخوردار می باشد. در انتها تجهیزات جدیدی مانند اسپیکرهای MEMS در حال ظهور هستند که می توانند نوید دهنده ورود انواع جدیدی از این محصولات به بازار باشند.

بیش از ۲۰ نوع محصول عمده MEMS در بازار وجود دارد. عمومی ترین بازارهای MEMS عبارتند از:سر سوزنی پرینترهای جوهر افشان[۲۴]، سنسورهای فشار، سنسور های شتاب، ژیروسکوپ، MEMS  نوری، میکروفون های سلیکونی، RF MEMS[25] و Microbolometers.

 عمده کاربرد محصولات MEMS در پردازش اطلاعات، صنعت خودرو و الکترونیک مصرفی می­باشد. سایر کاربردها در تجهیزات صنعتی و کنترل فرایندها، پزشکی و صنایع دفاعی و هوافضا می باشد.

 موسسه Yole رده بندی از برترین شرکت های تولید کننده محصولات MEMS در جهان را ارائه می کند که در این رده بندی شرکت های بزرگی همچون HEWLETT PACKARD (HP)، TEXAS INSTRUMENT در رتبه های اول و دوم و شرکت STMICROELECTRONICS در جایگاه سوم قرار دارد. در ‏شکل اسامی ۳۰ شرکت برتر در زمینه تولید محصولا MEMS در جهان در سال ۲۰۰۸ معرفی نموده است. برخی از این شرکت ها مانند STMICROELECTRONICS محصولات MEMS خود را در بازار آزاد می فروشند و برخی دیگر همچون شرکت HEWLETT PACKARD(HP) تمامی تولیدات خود را مصرف می نمایند. برخی از شرکتها نیز از هر دو شیوه استفاده می نمایند. برخی تولید کننده ی محصولات خود می باشند (دارای FAB)، اما برخی دیگر به صورت FABLESS عمل می نمایند و تنها در حوزه طراحی محصولات مشغول به فعالیت هستند و در نهایت محصولات خود را در شرکت های دیگر به تولید می رسانند. برخی نیز ترکیبی از هر دو روش را دارند.

اکثر این شرکت ها محصولات MEMS پایه سیلیکون دارند. اما برخی از شرکت ها از پیزوسرامیک ها و یا لایه های فلزی نیز استفاده می­کنند و کماکان آن را MEMS می نامند.

همانطور که در تصویر میبینید بیشترین مصرف mems در سنسور های فشار میباشد و بعد از آن بیشترین مصرف را ژیروسکوپ و شتاب سنج خودرو میباشد.

بازار جهانی محصولات MEMS تا سال 2017    mktop.ir

در میان برترین تولید کنندگان محصولات MEMS طی سالیان اخیر همواره شرکت HP جایگاه نخست را در اختیار داشته است. درآمد مستقیم این شرکت از محصولات MEMS بین 800 میلیون تا 1 میلیارد دلار برآورد می شود. عمده تولیدات این شرکت به پرینترهای جوهر افشان برمی گردد که این شرکت یکی از بزرگترین و معتبرترین تولیدکنندگان این محصولات می باشد. رشد این محصولات در بازار جهانی بسیار ناچیز بوده و حجم بازار آن طی سالهای گذشته تقریبا ثابت بوده است.

MEMS در الکترونیک مصرفی

در حوزه های متعددی از الکترونیک مصرفی محصولات MEMS مورد استفاده قرار می­گیرند. این حوزه ها عبارتند از: گوشی های تلفن همراه، دسته های کنترل بازی، لپ تاپ ها و هارد دیسک ها، تلویزیون ها، MP3 Playerها و …. بیشترین مصرف این محصولات در بازار الکترونیک مصرفی در گوشی های تلفن همراه و کنترلر های بازی می باشد. این دو حوزه نزدیک به 70 درصد از کل بازار این بخش را به خود اختصاص داده اند.

MEMS فناوری گسترده‌ای است که بالفعل می‌تواند تأثیر مهمی بر انواع تولیدات تجاری و نظامی بگذارد. هم‌اکنون MEMS در هر چیزی، از نمایش فشار خون گرفته تا سیستمهای تعلیق فعال خودروها active suspension) systems) مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا ماهیت فناوری MEMS و کاربردهای متعددش، آن را از فناوریهای مرسوم حتی مدارهای مجتمع  ریزتراشه ها و  فراگیر تر نموده‌است.

دوم اینکه MEMS فاصله بین سیستم‌های مکانیکی پیچیده و مدارهای مجتمع الکترونیکی را پر می‌کند. حس‌کننده‌ها و محرکها عموماً گران قیمت‌اند، به علاوه سیستم “الکترونیکی، محرکها و حس‌کننده‌هاً 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 حس‌کننده‌ها و محرکها با مدارهای مجتمع می‌شود. جالب اینکه، انتظار می‌رود کارآیی دستگاهها و ابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سیستمهای مقیاس ماکرو و قیمت آن خیلی پایین‌تر از آنها باشد. به عنوان یک نمونه جدید از فواید فناوری MEMS می‌توان به شتاب سنج MEMS اشاره کرد، که به سرعت جایگزین سرعت سنج مربوط به سیستمها کیسه هوا در اتومبیل می‌شود.

سوم اینکهMEMS این امکان را فراهم کرده تا شتاب‌سنج و وسایل الکترونیکی با هزینه‌ هایی بسیار کم در یک ریزتراشه سیلیکونی تلفیق شوند. شتاب‌سنج MEMS خیلی کوچکتر، کارآمدتر، سبکتر و قابل اعتمادتر بوده و قیمتی بسیار کمتر از شتاب‌سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار می‌رود ظرف چند سال آینده این شتاب‌سنجها جایگزین دستگاههای مشابه در کلیه خودروهای خارجی و داخلی گردند. بهای اندک عناصر شتاب‌سنج MEMS، اجازه ساخت کیسه هوا برای حفاظت مسافرین در مقابل ضربات کناری را می‌دهد.www.mktop.ir

در ساخت عناصر MEMS از روشهای مختلفی بهره گرفته شده است که به طور مفصل در پاور پوینت ذکر شده است. اسلاید شکلی که در اخر ساخته شده به صورت نمونه می اوریم.

ساخت سنسور MEMS سوییچ

همچنین برای ساخت عنصر MEMS از تکنیک های اچینگ و ماسک گذاری مختلف ساتفاده میگردد که در زیر یک اسلاید محض نمونه اورده شده است.

Wet Etching( از محلول برای پاک کردن استفاده میشود)

isotropic  ( در همه جهات سرعت یکسانی در خورندگی دارد) ترکیب (HNO3- CH3COOH – HF)

Anisotropic (در همه جهات با یک سرعت خورندگی ندارد)

مواد استفاده شده دارای ویژگی های زیر میباشد.

EDP (Ethylene Diamine Pyrochatechol)-1  سطوح {111}  را خراب نمیکند. دمای 110 تا 120 درجه

 KOH (potassium hydroxide )-2 سطوح (111) نرخ عادی و سطوح (100) با سرعت300 تا 400 و سطوح (110) با سرعت600 تخریب میکند.

TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide )-3  برای قلم زنی {111} sio2, nitrides خوب می باشد. از سیلیکون دوپ شده با بور برای ایست قلم زنی استفاده میگردد.

علت استفاده از بور: (به انگلیسی: Boron) با نماد شیمیایی B نام یک عنصر شمیایی با عدد اتمی ۵ است. این عنصر از شبه فلزها است و  ترکیبات رایجی از این عنصر که به صورت طبیعی در زمین ایجاد می‌شوند، در آب محلول اند.  این عنصر تمایل زیادی به تشکیل پیوند پایدار با دیگر عنصرها مانند کربن دارد. چندین دگرشکلی از بور وجود دارد. جامد آمورف آن گَرد قهوه‌ای رنگ و بلور آن سیاه است. سختی بور حدود ۹٫۵ (بسیار سخت) می‌باشد و در دمای محیط هدایت الکتریکی کمی دارد. برای ایست قلم زنی استفاده میگردد. در نیمه‌رساناهای صنعتی از کمی از بور به عنوان ناخالصی استفاده می‌کنند.

Dry Etching

anisotropic

(با تابش یون باعث کنده شدن ذرات میگردد) (Deep Reactive Ion Etching (DRIE با پرتاب یون  قلم زنی صورت میگیرد و دی اکسید سیلیکون و فلزات مانند الومنیوم میتوانند باعث ایست قلم زنی شوند.

فناوری MEMS توانایی کشفیات جدیدی را در علوم و مهندسی دارد، مثل:mktop.ir

۱. میکروسیستمهای واکنشهای زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) برای تقویت و شناسایی DNA

2-میکروسکپهای تونل‌زنی پیمایشگر (STM) که با فرایندهای ماشینکاری میکرونی ساخته شده‌اند

۳. تراشه‌های زیستی شناساگر عوامل خطرناک شیمیایی و بیولوژیکی

۴. فناوری جهشی میکروسیستمها جهت غربال و انتخاب سریع دارو

ابزارهای MEMS در بازارهای مختلف صنعتی، تعیین‌کننده کیفیت محصولات شده و پیش‌بینی می‌شود که این فناوری سالانه ۵۰٪ رشد داشته باشد.

اگرچه وسایل MEMS خیلی کوچک اند (مثلاً MEMS دارای  موتور الکتریکی کوچکتر از قطر  مو انسان است) ولی اهمیت فناوری MEMS فقط به اندازه آنها مربوط نمی‌شود. علاوه بر این، MEMS  فقط به پایه سیلیکونی محدود نمی‌شود، هرچند سیلیکون به دلیل داشتن خواص عالی به یک انتخاب جالب توجه برای مصارف مکانیکی با کیفیت بالا تبدیل شده‌است. (مثلاً 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 می‌سازد). در عوض، MEMS فناوری تولیدی است که راه جدیدی برای ایجاد سیستمهای الکترومکانیکی ارائه می‌دهد با تکنیکهای تولید ناپیوسته ارائه می‌دهد، مانند روش تولید مدارهای مجتمع که باعث تولید عناصر الکترومکانیکی در کنار قطعات الکترونیکی می‌شود.   MEMS فناوری گسترده‌ای است که بالفعل می‌تواند تأثیر مهمی بر انواع تولیدات تجاری و نظامی بگذارد. هم‌اکنون MEMS در هر چیزی، از نمایش  فشار خون گرفته تا سیستمهای تعلیق فعال خودروها active suspension) systems) مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا ماهیت فناوری MEMS و کاربردهای متعددش، آن را از فناوریهای مرسوم حتی مدارهای مجتمع و  ریزتراشه فراگیر تر نموده‌است. و اینکه MEMS فاصله بین سیستم‌های مکانیکی پیچیده و مدارهای مجتمع الکترونیکی را پر می‌کند. حس‌کننده‌ها و محرکها عموماً گران قیمت‌اند، به علاوه سیستم “الکترونیکی، محرکها و حس‌کننده‌هاً 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 حس‌کننده‌ها و محرکها با مدارهای مجتمع می‌شود. جالب اینکه، انتظار می‌رود کارآیی دستگاهها و ابزارهای MEMS بالاتر از عناصر و سیستمهای مقیاس ماکرو و قیمت آن خیلی پایین‌تر از آنها باشد. به عنوان یک نمونه جدید از فواید فناوری MEMS می‌توان به  شتاب سنج  MEMS اشاره کرد، که به سرعت جایگزین  سرعت سنج  مربوط به سیستمهای  کیسه هوا در اتومبیل می‌شود. همچنین  این امکان را فراهم کرده تا  سوییچ ها و وسایل الکترونیکی با هزینه‌ هایی بسیار کم در یک ریزتراشه سیلیکونی تلفیق شوند. شتاب‌سنج MEMS خیلی کوچکتر، کارآمدتر، سبکتر و قابل اعتمادتر بوده و قیمتی بسیار کمتر از شتاب‌سنجهای مرسوم دارد. لذا انتظار می‌رود ظرف چند سال آینده این شتاب‌سنجها جایگزین دستگاههای مشابه در کلیه خودروهای خارجی و داخلی گردند. بهای اندک عناصر شتاب‌سنج MEMS، اجازه ساخت کیسه هوا برای حفاظت مسافرین در مقابل ضربات کناری را می‌دهد.

چالش‌های استفاده از کریستال کوارتز با فناوری MEMS

شرکت‌های تولید کننده قطعات الکترونیکی در تلاش بوده‌اند تا کوارتز را با نوسان‌سازMEMS  سیلیکونی به عنوان مرجع فرکانسی در ساعت و نوسانگرها جایگزین کنند.‌ اما تحولات در تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی و بسته بندی آنها ، و ادغام با مدارات پیشرفته ، به جای کریستال کوارتز MEMS از رزوناتورMEMS  جهت پیشبرد اهداف خود استفاده کرده‌اند. سپس یک اسیلاتور الکترونیکی نیروی مورد نیاز برای ارتعاش یک رزوناتور را که منجر به تولید یک فرکانس دقیق می‌شود را فراهم می‌کند.  این ارتعاشات خروجی توسط یک بافر ، و یک حلقه قفل شونده فا و یک منبع سیگنال تولید شده توسط ترکیب یک اسیلاتور با رزوناتور MEMS تشکیل می‌شود . پس از جمله مزایای استفاده از رزوناتور‌های میکروالکترومکانیکی به جای کریستال کوارتز به صورت زیر است :

• اندازه کوچکتر

• مصرف توان پایین تر

• تحمل پذیری بیشتر

• ضریب کیفیت بالاتر

• پایداری بیشتر

• هزینه ساخت کمتر

• جبران درجه حرارت بهتر

• قابلیت انبوه‌سازی بیشتر

MEMS فیلتر پایین گذر ساخته شده LOW PAS FILTER

برای دریافت ادامه مطلب به صورت کامل به قسمت دریافت وارد گردید……

 

امید داریم تا اینجای مطلب (چند اسلاید نمونه)مورد توجه شما قرار گرفته باشد.این سمینار کاملا تخصصی بوده و از لحاظ  تاریخچه – ابعاد – بازار فروش – کابردها -مزایا -معایب – تکنولوژی ساخت -روش های ازمایشگاهی- ماسک گذاری – رسوب زدایی – الکترونیک – ساخت یک نمونه سوییچ ممز – کابرد های صنعتی- عکس های MEMS و… به موضوع نگاه کرده و یک سمینار کامل میباشد.

***به صورت ویژه در سایت mktop ارائه شده است***

  جهت دریافت ادامه مطلب ،روشها و فرمولهای مربوطه و… به صورت کامل  به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید. این مطلب پاور پوینت 70 صفحه ای در هر سه فرمت  , WORD, PDF,POWER POINT  براساس سیستم ارائه سمینار تنظیم شده است.

برای دریافت pdf + word+power point بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 20000 تومان