ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยี MEMS จึงถูกนำไปใช้ในด้านต่างๆ มากขึ้น โดยเฉพาะในด้านเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์วัดแรงดันเป็นหนึ่งในขอบเขตการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี MEMS ที่ดีที่สุด มีข้อดีคือมีความแม่นยำสูง ความไวสูง ขนาดเล็ก ใช้พลังงานต่ำ ฯลฯ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การแพทย์ รถยนต์ การบิน และสาขาอื่นๆ
ต่อไปเรามาดูการออกแบบและการผลิตเซ็นเซอร์ความดันที่ใช้เทคโนโลยี MEMS กัน
1. โครงสร้างและหลักการของเซ็นเซอร์ความดัน
โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ความดันประกอบด้วยองค์ประกอบการตรวจจับ วงจรประมวลผลสัญญาณ วงจรเอาท์พุต และเคสซิ่ง องค์ประกอบการตรวจจับเป็นองค์ประกอบหลักของเซ็นเซอร์ความดัน ซึ่งสามารถแปลงปริมาณทางกายภาพที่ได้รับให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าได้ ตามหลักการทำงานที่แตกต่างกัน องค์ประกอบการตรวจจับสามารถแบ่งออกเป็นเซ็นเซอร์ความดันความเครียดแบบต้านทาน เซ็นเซอร์ความดันแบบคาปาซิทีฟ และเซ็นเซอร์ความดันเชิงกลขนาดเล็ก
เซ็นเซอร์ความดันไมโครเมคานิกส์ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี MEMS โครงสร้างหลักประกอบด้วยไดอะแฟรม ช่อง ชั้นนำไฟฟ้า ชั้นคงที่ ฯลฯ เมื่อแรงดันกระทำต่อไดอะแฟรมของเซนเซอร์ จะเกิดการเสียรูปจากการดัดงอเล็กน้อย การเสียรูปนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระยะห่างระหว่างชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าและชั้นคงที่บนไดอะแฟรม ซึ่งจะเปลี่ยนค่าความจุไฟฟ้า จากนั้นจึงคำนวณผลลัพธ์ ปริมาณแรงกดดันที่ได้รับ
2. ลักษณะของเซ็นเซอร์ความดัน MEMS
เนื่องจากการใช้เทคโนโลยี MEMS MEMS เซ็นเซอร์ความดัน มีลักษณะหลากหลาย เช่น ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา มีความแม่นยำสูง ตอบสนองรวดเร็ว มีความน่าเชื่อถือสูง และใช้พลังงานต่ำ ความไวสามารถเข้าถึง 1pa และข้อผิดพลาดน้อยกว่า 0.2% ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ยังมีคุณลักษณะ เช่น ความต้านทานแผ่นดินไหวและป้องกันการรบกวน และเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน
3. กระบวนการผลิตเซ็นเซอร์ความดัน MEMS
กระบวนการผลิตของเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์ การประมวลผลโพรง การประมวลผลชั้นสื่อกระแสไฟฟ้า บรรจุภัณฑ์ และการเชื่อมโยงอื่นๆ
การประมวลผลแผ่นเวเฟอร์เป็นขั้นตอนแรกในการผลิตเซ็นเซอร์ MEMS และการดำเนินการจะต้องดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่บริสุทธิ์และปราศจากฝุ่น เทคโนโลยีการผลิตเวเฟอร์ MEMS ใช้กระบวนการผลิตของพื้นผิววงจรรวม โดยใช้กระบวนการโฟโตรีซิส กระบวนการมาส์ก กระบวนการระเหย และวิธีการอื่นๆ เพื่อรวมองค์ประกอบการตรวจจับ วงจรควบคุม และหมุดเชื่อมต่อไว้บนเวเฟอร์เดียวกัน
การประมวลผลโพรงคือกระบวนการตัด แกะสลัก และเชื่อมเวเฟอร์เพื่อสร้างโครงสร้างโพรงของเซ็นเซอร์ กระบวนการนี้ต้องใช้เทคโนโลยีการเรียนรู้ เช่น การตัดใบมีด การแกะสลักด้วยเลเซอร์ และการกัดด้วยลำแสงไอออน
การประมวลผลชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าเป็นหนึ่งในกระบวนการทั่วไปที่โลหะ เช่น ทองแดงและอลูมิเนียม จะถูกทำให้เป็นฟิล์มบาง และประมวลผลโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์หินด้วยแสงเพื่อสร้างส่วนประกอบ เช่น วาริสเตอร์หรือตัวเก็บประจุ ในเวลาเดียวกัน ลำแสงอิเล็กตรอนหรือวิธีไมโครเรย์ก็ใช้ในการผลิตโครงสร้างตัวนำขนาดเล็กเช่นกัน
บรรจุภัณฑ์คือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปิดผนึกส่วนประกอบ MEMS ภายใต้สภาวะการใช้งาน และยังเป็นหนึ่งในแง่มุมที่ยากที่สุดอีกด้วย เซ็นเซอร์เมมส์ โดยทั่วไปจะบรรจุโดยใช้บรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์ (CSP) บรรจุภัณฑ์พลาสติก และกระบวนการอื่นๆ
4. การพัฒนาเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ในอนาคต
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการใช้งานเซ็นเซอร์ MEMS อย่างกว้างขวางในด้านต่างๆ คาดการณ์ว่าเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ในอนาคตจะมีลักษณะดังต่อไปนี้:
1. โครงสร้างที่หลากหลาย ปัจจุบัน เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ส่วนใหญ่ใช้ส่วนประกอบที่ไวต่อแรงกดและมีโครงสร้างเดียว เซ็นเซอร์ความดันในอนาคตต้องการการออกแบบหลายขั้นตอนและหลายโครงสร้างที่ยืดหยุ่นมากขึ้น
2. ปรับปรุงความแม่นยำ เซ็นเซอร์วัดแรงกด MEMS มีความแม่นยำเป็นเลิศ แต่ในการพัฒนาในอนาคต ความแม่นยำและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนจะยังคงได้รับการปรับปรุงต่อไป เพื่อให้ความสามารถในการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับการใช้งานต่างๆ
3. ลดการใช้พลังงาน MEMS เซ็นเซอร์ความดัน ใช้พลังงานไฟฟ้า และการพัฒนาในอนาคตจำเป็นต้องลดการใช้พลังงานลงให้ดีขึ้นเพื่อให้เกิดการใช้พลังงานที่ลดลง
สรุป:
กล่าวโดยสรุป เซ็นเซอร์ความดันที่ใช้เทคโนโลยี MEMS มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง มีเนื้อหาทางเทคนิคในระดับสูง และมีโอกาสทางการตลาดที่ดี ด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตอย่างต่อเนื่องและการขยายขอบเขตการใช้งาน เชื่อว่าเซ็นเซอร์ความดัน MEMS จะให้ความสมบูรณ์และมากขึ้นยิ่งขึ้น โซลูชันการวัดที่เชื่อถือได้ ในด้านต่างๆ
