Micro - elektromehanički sustavi (MEMS) pojavili su se kao revolucionarna tehnologija koja integrira mehaničke elemente, senzore, aktuatore i elektroniku na mikroskopskoj skali. Ovi su sustavi pronašli široke primjene u različitim poljima, uključujući automobilski, zrakoplovstvo, potrošačku elektroniku i zdravstvenu zaštitu. Metalni kompozitni materijali, sa jedinstvenom kombinacijom nekretnina postali su sve važniji u razvoju i proizvodnji MEMS uređaja. Kao vodeći dobavljač materijala od metala uzbuđen sam što istražujem različite primjene ovih materijala u MEMS-u.
1. Uvod u metalne kompozitne materijale
Metalni kompozitni materijali izrađuju se kombiniranjem dva ili više metala ili metala s ne-metalnim za stvaranje materijala sa poboljšanim svojstvima u odnosu na pojedine komponente. Ova svojstva mogu uključivati visoku čvrstoću, dobru električnu provodljivost, odličnu toplotnu provodljivost, otpor korozije i nisku gustoću. Uobičajeni metalni kompozitni materijali koji se koriste u MEMS-u uključuju bakar - nikl komposova, aluminijum - silicijum kompoziti i titanijum - legure.
2. Električna provodljivost i međusobno povezivanje
Jedan od primarnih zahtjeva u MEMS-u je efikasno električno provođenje. Metalni kompozitni materijali, poputBakrena folija s niklom, ponudite izvrsnu električnu provodljivost. Bakar je dobro - poznat po visokoj električnoj provodljivosti, dok nikl pruža otpor korozije i mehaničku stabilnost. U MEMS-u se ovi kompozitni materijali koriste za stvaranje električnih međusobno povezanih. Međusobne veze su neophodne za prenošenje električnih signala između različitih komponenti MEMS uređaja, poput senzora, aktuatora i integriranih krugova.
Bakar - nikl kompozitne folije mogu se uzorkovati pomoću tehnika mikrofabricifikacije poput fotolitografije i jetkanja kako bi se formirali precizne međusobno povezane strukture. Ove međusobno poveljuju da su vrlo pouzdani, jer bilo kakva loma ili degradacija može dovesti do kvara cijelog MEMS uređaja. Kombinacija zaštitništva bakra i zaštitna svojstva nikla osigurava da međusobno mogu raditi složeno u duže vrijeme, čak i u oštrim okruženjima.
3. Strukturne komponente i mehanička svojstva
MEMS uređaji često zahtijevaju strukturne komponente koje mogu izdržati mehanički stres, vibracije i šok. Metalni kompozitni materijali mogu se dizajnirati da imaju visoku čvrstoću - na omjere težine, čineći ih idealnim za takve aplikacije. Na primjer, aluminijum - silicijum kompoziti su lagani i imaju dobru mehaničku čvrstoću. Oni se mogu koristiti za izradu konstrukcijskih elemenata poput Canteleversa, izvora i dijafragma u MEMS senzorima i aktuatorima.
Cantelewers se obično koriste u MEMS senzorima za otkrivanje fizičkih količina poput sile, pritiska i ubrzanja. Mehanička svojstva metalnog kompozitnog materijala određuju osjetljivost i pouzdanost konzole. Dobro dizajniran aluminij - silikonski kompozitni konzolik može precizno odbiti kao odgovor na vanjski poticaj, pretvarajući mehaničku deformaciju u električni signal. Opruge i dijafragme se takođe oslanjaju na odgovarajuća mehanička svojstva materijala za pravilno funkcioniranje. Metalni kompozitni materijali mogu se prilagoditi legiranjem i procesima toplinske obrade za postizanje željene krutosti, fleksibilnosti i otpornosti na umora.
4. Termičko upravljanje
Termičko upravljanje je od presudnog značaja u MEMS uređajima, jer pretjerana toplina može degradirati performanse i pouzdanost elektroničkih komponenti. Metalni kompozitni materijali sa visokom toplotnom provodljivošću mogu se koristiti za efikasno rastvorenje topline. Bakreni - na primjer, sastoji se sa kompozitima, odlični su toplinski provodnici. Mogu se integrirati u memorandum za MEMS ili se koriste kao rasipači topline.
Rasprostranjeni topline koriste se za ravnomjerno distribuciju topline preko MEMS uređaja, sprječavajući formiranje vrućih mrlja. U visokim - napajanjem MEMS uređaji, kao što su RF (radio - frekvencija) MEMS prekidači i pokretači - rukovanje pokretačima, generacije topline može biti značajna. Bakar - kompozitni rasipač topline može brzo prenijeti toplinu od aktivnih komponenti u okolno okruženje. Ovo pomaže u održavanju temperature MEMS uređaja u prihvatljivom rasponu, osiguravajući svoj pravilan rad i proširenje svog životnog prostora.
5. Senzori i mehanizmi za transdukciju
Metalni kompozitni materijali igraju vitalnu ulogu u funkcioniranju MEMS senzora. Mnogi senzori se oslanjaju na mehanizme za transdukciju koji pretvaraju fizičku količinu u električni signal. Na primjer, u senzoru mjerača MEMS-a, metalni kompozitni materijal koristi se kao osjetljiv element. Kada se na senzor primijeni mehanički naprezanje, otpor promjena metala kompozita. Ova promjena otpora može se mjeriti i korelirati na veličinu naprezanja.
Izbor metalnog kompozitnog materijala utječe na osjetljivost i linearnost mjerača napona. Poželjni su materijali sa visokim mjernim faktorom (mjera osjetljivosti promjene otpora na naprezanje). Neki metalni kompozitni materijali mogu se optimizirati preko legure sastava i obrade kako bi se postigao faktor visokih mjerača. Uz to, stabilnost električnih svojstava materijala s vremenom je ključna za tačan i pouzdan rad senzora.
6. Pokretači i elektromagnetska svojstva
Pokretači su komponente u MEMS uređajima koji pretvaraju električnu energiju u mehaničko kretanje. Metalni kompozitni materijali s pogodnim elektromagnetskim svojstvima mogu se koristiti u elektromagnetskim aktuatorima. Na primjer, željezo - nikl kompoziti su feromagnetski materijali. Oni se mogu koristiti u MEMS-u elektromagnetski aktuatori, gdje se magnetno polje koristi za generiranje sile i uzrokovati mehaničko premještanje.
Ti se aktuatori koriste u različitim aplikacijama, poput mikro - ventila, mikro-pumpi i optičkih prekidača. Magnetna svojstva metalnog kompozitnog materijala određuju snagu magnetne sile i efikasnost aktuatora. Pažljivo kontrolirajući sastav i mikrostrukturu željeza - nikl kompozita, magnetna svojstva mogu se optimizirati kako bi se postigli željeni performanse aktuatora.
7. Otpornost na koroziju u oštrim okruženjima
Mnoge aplikacije MEMS-a zahtijevaju da uređaji rade u otežanim okruženjima, poput visoke - vlage, korozivne hemijske ili fiziološke otopine. Metalni kompozitni materijali mogu se dizajnirati tako da imaju odličnu otpornost na koroziju. Na primjer, nikl - kromi kompoziti formiraju pasivni oksidni sloj na svojoj površini, koji štiti podložni metal od korozije.
U MEMS senzorima koji se koriste u nadgledanju okoliša ili hemijske analize, otpornost na koroziju materijala je kritičan. Svaka korozija komponenti senzora može dovesti do netačnih mjerenja i preranog kvara uređaja. Upotreba korozije - otpornih metalnih kompozitnih materijala osigurava da MEMS uređaji mogu pouzdano raditi u ovim izazovnim uvjetima.
8. Kontaktirajte nas za vaše MEMS materijalne potrebe
Kao pouzdan metalni kompozitni dobavljač materijala razumijemo jedinstvene zahtjeve MEMS aplikacija. Nudimo širok spektar visokog karakteristika visokog kvaliteta metala, uključujućiBakrena folija s niklom, to su posebno dizajnirane za MEMS. Naši materijali se proizvode koristeći napredne proizvodne procese kako bi se osigurali dosljedni kvalitet i performanse.
Ako ste uključeni u razvoj ili proizvodnju MEMS uređaja, pozivamo vas da nas kontaktirate za više informacija. Bilo da su vam potrebni materijali za električne međusobno povezivanje, strukturne komponente, termičko upravljanje ili druge MEMS aplikacije, imamo stručnost i proizvode kako bismo ispunili vaše potrebe. Možemo usko sarađivati s vama da bismo shvatili svoje specifične zahtjeve i pružamo prilagođene rješenja.
Reference
- Madou, MJ (2002). Osnove mikrofabritoracije: nauka o minijaturizaciji. CRC Press.
- Kovacs, GTA (1998). Izvorni knjižica za pretvarači mikrovališta. McGraw - Hill.
- Trimer, WSN (ed.). (1997). Micromachines i mikroelektromehanički sistemi: dizajn, proizvodnja i integracija sistema. Wiley.