Mikro -elektromehanički sustavi (MEMS) postali su revolucionarna tehnologija koja na mikroskopsku skalu integrira mehaničke elemente, senzore, aktuatore i elektroniku. Ovi su sustavi pronašli široko rasprostranjene primjene u raznim poljima, uključujući automobilsku, zrakoplovnu, potrošačku elektroniku i zdravstvenu zaštitu. Metalni kompozitni materijali, sa jedinstvenom kombinacijom svojstava, postaju sve važniji u razvoju i proizvodnji MEMS uređaja. Kao vodeći dobavljač metalnih kompozitnih materijala, uzbuđen sam što istražujem raznolike primjene tih materijala u MEMS -u.
1. Uvod u metalne kompozitne materijale
Metalni kompozitni materijali izrađeni su kombiniranjem dva ili više metala ili metala s ne -metalom kako bi se stvorio materijal s poboljšanim svojstvima u usporedbi s pojedinim komponentama. Ova svojstva mogu uključivati visoku čvrstoću, dobru električnu vodljivost, izvrsnu toplinsku vodljivost, otpornost na koroziju i nisku gustoću. Uobičajeni metalni kompozitni materijali koji se koriste u MEMS -u uključuju kompoziti bakra - nikl, aluminijski - silicijski kompoziti i kompoziti od titana - legure.
2. Električna vodljivost i međusobno povezanost
Jedan od primarnih zahtjeva u MEMS -u je učinkovita električna provođenje. Metalni kompozitni materijali, poputBakrena folija prekrivena niklom, Ponudite izvrsnu električnu vodljivost. Bakar je poznat po visokoj električnoj vodljivosti, dok nikl pruža otpornost na koroziju i mehaničku stabilnost. U MEMS -u se ovi kompozitni materijali koriste za stvaranje električnih međusobnih povezanosti. Interconects su ključni za prijenos električnih signala između različitih komponenti MEMS uređaja, poput senzora, pokretača i integriranih krugova.
Kompozitne folije bakra - nikl, mogu se uzorkovati tehnikama mikrofabrikacije poput fotolitografije i jetkanja kako bi se stvorile precizne strukture međusobno povezanih. Ove međusobne veze moraju biti vrlo pouzdane, jer svaka lom ili razgradnju mogu dovesti do neuspjeha cijelog MEMS uređaja. Kombinacija provodljivosti bakra i zaštitnih svojstava nikla osigurava da interkonekti mogu djelovati stabilno tijekom dugih razdoblja, čak i u teškim okruženjima.
3. Strukturne komponente i mehanička svojstva
MEMS uređaji često zahtijevaju strukturne komponente koje mogu izdržati mehanički stres, vibracije i udar. Metalni kompozitni materijali mogu se konstruirati tako da imaju omjere velike čvrstoće - do težine, što ih čini idealnim za takve primjene. Na primjer, aluminijski - silicijski kompoziti su lagani i imaju dobru mehaničku čvrstoću. Oni se mogu koristiti za izradu strukturnih elemenata poput konzole, opruga i dijafragmi u MEMS senzorima i pokretačima.
Konzole se obično koriste u MEMS senzorima za otkrivanje fizičkih količina poput sile, tlaka i ubrzanja. Mehanička svojstva metalnog kompozitnog materijala određuju osjetljivost i pouzdanost konzole. Dobro - dizajniran aluminijski - silicijski kompozitni konzolni konzolni konzol može odbiti točno kao odgovor na vanjski podražaj, pretvarajući mehaničku deformaciju u električni signal. Opruge i dijafragme također se oslanjaju na odgovarajuća mehanička svojstva materijala koji će ispravno funkcionirati. Metalni kompozitni materijali mogu se prilagoditi procesima legiranja i topline kako bi se postigla željena krutost, fleksibilnost i otpornost na umor.
4. Termičko upravljanje
Toplinsko upravljanje je ključno u MEMS uređajima, jer prekomjerna toplina može smanjiti performanse i pouzdanost elektroničkih komponenti. Metalni kompozitni materijali s visokom toplinskom vodljivošću mogu se učinkovito rasipati toplinu. Na primjer, kompoziti temeljeni na bakrenim bakrama izvrsni su toplinski vodiči. Oni se mogu integrirati u MEMS pakete ili se koristiti kao toplinski raširitelji.
Rasiljači topline koriste se za ravnomjerno raspodjelu topline preko MEMS uređaja, sprječavajući formiranje vrućih točaka. U uređajima s visokim napajanjem MEMS, poput RF (radio -frekvencija) MEMS sklopki i pokretača za upravljanje napajanjem, stvaranje topline može biti značajno. Bakar - kompozitni raspršivač topline može brzo prebaciti toplinu od aktivnih komponenti u okolni okruženje. To pomaže u održavanju temperature MEMS uređaja u prihvatljivom rasponu, osiguravajući pravilan rad i produljenje svog životnog vijeka.
5. senzori i mehanizmi transdukcije
Metalni kompozitni materijali igraju vitalnu ulogu u funkcioniranju MEMS senzora. Mnogi se senzori oslanjaju na mehanizme transdukcije koji pretvaraju fizičku količinu u električni signal. Na primjer, u MEMS senzoru mjerača soja, metalni kompozitni materijal koristi se kao osjetljivi element. Kada se na senzor primijeni mehanički naprezanje, otpornost metalnih kompozitnih mijenja se. Ova promjena otpora može se mjeriti i povezati s veličinom naprezanja.
Izbor metalnog kompozitnog materijala utječe na osjetljivost i linearnost mjerača naprezanja. Preferiraju se materijali s faktorom visokog mjera (mjera osjetljivosti promjene otpornosti na naprezanje). Neki metalni kompozitni materijali mogu se optimizirati kroz sastav legura i obradu kako bi se postigao faktor visokog mjerača. Uz to, stabilnost električnih svojstava materijala tijekom vremena ključna je za točan i pouzdan rad senzora.
6. Pokretači i elektromagnetska svojstva
Pokretači su komponente na MEMS uređajima koji pretvaraju električnu energiju u mehaničko kretanje. Metalni kompozitni materijali s odgovarajućim elektromagnetskim svojstvima mogu se koristiti u elektromagnetskim pokretačima. Na primjer, željezo - nikl kompoziti su feromagnetski materijali. Oni se mogu koristiti u MEMS elektromagnetskim pokretačima, gdje se magnetsko polje koristi za stvaranje sile i uzrokovati mehaničko pomak.
Ti se pokretači koriste u različitim aplikacijama, poput mikro -ventila, mikro -pumpi i optičkih sklopki. Magnetska svojstva metalnog kompozitnog materijala određuju čvrstoću magnetske sile i učinkovitost pokretača. Pažljivim kontrolom sastava i mikrostrukture kompozita nikla željeza - magnetska svojstva mogu se optimizirati za postizanje željenih performansi aktuatora.
7. Otpor korozije u teškim okruženjima
Mnoge aplikacije MEMS -a zahtijevaju da uređaji djeluju u teškim okruženjima, kao što su visoka vlaga, korozivna kemijska ili fiziološko okruženje. Metalni kompozitni materijali mogu biti dizajnirani tako da imaju izvrsnu otpornost na koroziju. Na primjer, nikl - kromijski kompoziti tvore pasivni oksidni sloj na njihovoj površini, koji štiti temeljni metal od korozije.
U MEMS senzorima koji se koriste u nadzoru okoliša ili kemijskoj analizi, otpornost na koroziju materijala je kritična. Svaka korozija komponenti senzora može dovesti do netočnih mjerenja i preuranjenog kvara uređaja. Upotreba kompozitnih metalnih materijala otpornih na koroziju osigurava da MEMS uređaji mogu pouzdano djelovati u tim izazovnim uvjetima.
8. Kontaktiranje nas za vaše MEMS materijalne potrebe
Kao pouzdani dobavljač metalnih kompozitnih materijala, razumijemo jedinstvene zahtjeve MEMS aplikacija. Nudimo širok spektar visokokvalitetnih metalnih kompozitnih materijala, uključujućiBakrena folija prekrivena niklom, koji su posebno izrađeni za MEMS. Naši se materijali proizvode pomoću naprednih proizvodnih procesa kako bi se osigurala konzistentna kvaliteta i performanse.
Ako ste uključeni u razvoj ili proizvodnju MEMS uređaja, pozivamo vas da nas kontaktirate za više informacija. Bilo da vam trebaju materijali za električne međusobno povezanosti, strukturne komponente, toplinsko upravljanje ili druge MEMS aplikacije, imamo stručnost i proizvode koji zadovoljavaju vaše potrebe. Možemo usko surađivati s vama kako bismo razumjeli vaše specifične zahtjeve i pružili prilagođena rješenja.
Reference
- Madou, MJ (2002). Osnove mikrofabrikacije: Znanost o minijaturizaciji. CRC PRESS.
- Kovacs, GTA (1998). Mikromazirani izvornici pretvarača. McGraw - Hill.
- Trimer, WSN (ur.). (1997). Mikromački i mikroelektromehalni sustavi: dizajn, proizvodnja i integracija sustava. Wiley.