Miniaturowe żyroskopowe detektory ruchu MEMS

Miniaturowe żyroskopowe detektory ruchu MEMS

Naukowcy zrzeszeni wokół finansowanego przez Unię Europejską projektu DAVID wspólnie z sześcioma partnerami z pięciu krajów poszukują metod na zredukowanie kosztów montażu i pakowania produkowanych masowo hybrydowych zintegrowanych urządzeń (MEMS), składających się zarówno z elementów mechanicznych, jak elektronicznych.

MEMS połączone są z elektronicznymi ‘systemami na chipie’, albo ASIC (zintegrowane obwody zorientowane na określoną aplikację), potężnymi mikroelementami, które wykorzystywane są w takich urządzeniach, jak telefony komórkowe, czy konsole do gier. Ogromna liczba ASIC produkowanych jest na dużą skalę za pomocą wytrawiania na krzemowych płytkach w nowoczesnych, ultra czystych zakładach produkujących płytki.

„By uzyskać efekt żyroskopu do pomiaru ruchu pojazdu, czy pieszego, musisz umieścić ruchomy element w bardzo, bardzo małym urządzeniu, co oznacza połączenie mechaniki z zaawansowaną elektroniką.” – stwierdził Norman Marenco, koordynator projektu. „Gdy urządzenie takie zostanie wmontowane w elektronikę pojazdu, albo w telefon komórkowy, musi działać samodzielnie przez wiele lat.” – dodał.

W praktyce oznacza to, że ruchome elementy będą stale oscylować. Teoretycznie, idealna byłaby próżnia, by wyeliminować opory ruchu, jednakże w praktyce, niewielka ilość powietrza jest potrzebna, by uniknąć zakłóceń; zatem warunki zbliżone są próżni. Aby utrzymać taki stan w nieskończoność, konieczne jest mocne i niezawodne opakowanie, które stanowić będzie zamknięcie każdego urządzenia z osobna.

Aby stworzyć takie urządzenia, MEMS są umieszczone bezpośrednio na ASIC. Dzięki temu, bardzo krótkie połączenie pomiędzy elementami mechanicznymi i elektronicznymi zapewnia najlepszą jakość sygnału. Mocowanie takie może zostać zrealizowane dzięki metodom: chip-płytka (C2W), oraz płytka-płytka (W2W), jednakże ze względu na ogromną liczbę chipów przypadających na płytkę, jedyną opłacalną na dużą skalę metodą jest ta drugą i to ona jest przedmiotem zainteresowania naukowców.

Procedura ta jest bardzo złożona, ale pierwsze wyniki wydają się być bardzo obiecujące. Pierwsze pełne próbki zostały wyprodukowane we wrześniu 2009 roku. Skonstruowana została forma wtryskowa na 15 centymetrowe płytki, oraz przetestowane różne rodzaje mas.

Aktualnym celem projektu jest dowiedzenie, że możliwa jest masowa produkcja urządzeń MEMS/ASIC, oraz hermetyczne ich zamknięcie. STMicroelectronics, potentat w dziedzinie produkcji chipów, który jest partnerem projektu, rozpoczął prace nad masową produkcją metodą W2W.

Marenco szacuje, że żyroskopowe urządzenia MEMS mogły by wejść do produkcji masowej przed 2012 rokiem; w pierwszej kolejności w zastosowaniach związanych z telefonami komórkowymi. „Można by mieć miniaturowe urządzenia wbudowane w telefonach, które reagują na ruchy użytkownika, pozwalając na dokładne śledzenie jego ruchów. W interfejsach człowiek-maszyna, oraz systemach osobistej nawigacji, konieczne jest bardzo precyzyjne śledzenie ruchu w trzech wymiarach, z czym doskonale radzą sobie te urządzenia.” – stwierdził.

Innym potencjalnym zastosowaniem na dużą skalę są systemy stabilizacji dla samochodów, jednakże możliwość ta nie była w ramach projektu dokładnie badana.

Uczestnicy projektu planują kontynuowanie prac nad poszerzeniem zakresu zastosowań, szczególnie w motoryzacji. „Większość partnerów uczestniczących w projekcie DAVID wyraża chęć kontynuowania tej ścieżki. Chcemy również zaangażować w prace większą liczbę dostawców urządzeń, jak choćby endoskopów, czy systemów noktowizyjnych.” – dodał Marenco.

(lk)