Rendkívül kicsik, mégis képesek reagálni minden apró rezdülésre. Amennyire fontosak, annyira észrevehetetlenek ezek az érzékelők, sokaknak még a létezésükről sincs tudomása. Pedig manapság elképzelhetetlen elektronikus mikro-elektromechanikai, vagy MEMS-érzékelők nélkül szinte bármelyik eszköz, vagy gép.
Azért olyan fontosak ezek az érzékelők, mert képesek reagálni a legkisebb változásokra is, apró méretük miatt pedig szinte mindenhol elférnek. Mobiltelefonok, merevlemezek, kamerák, légzsákok, ESP (menetstabilizáló) rendszerek, pacemakerek és még sok más eszköz működtetéséhez is elengedhetetlen a meglétük.
Mi is az a MEMS?
A MEMS a mikro-elektromechanikai rendszerek rövidítése, ami már önmagában sokat elmond ezekről az apró segítőkről. A MEMS-ben olyan érzékelők találhatók, amelyek képesek feldolgozni az elektromos bemenet mechanikai, mágneses vagy akár kémiai változását. Ebben az értelemben nagyon hasonlítanak az emberek érzékszerveire: folyamatosan fogadják és feldolgozzák a külső és belső ingereket.
Amikor a laikusok olyan eszközöket néznek meg, mint a gyorsulás- vagy sebesség érzékelők, csak annyit láthatnak, hogy mikrométerenként apró, furcsa külsejű, lapos, egyszintű szerkezetek alkotják a bonyolult mintákat. Számos MEMS azonban háromdimenziós, vagyis rögzített és mozgatható működtetőkből, „fésűkből” áll, amelyek rendeltetésüktől függően különböző irányokba mozoghatnak. Például egy légzsáknál a baleset során keletkező hirtelen lassulás kényszeríti mozgásra a fésűket. Az érzékelő jelzi a változását a vezérlőegységnek, utasítva, hogy haladéktalanul hozza működésbe a légzsákot. Egy másik, kevésbé drámai példa a MEMS-érzékelők működésére az, ahogyan egy tablet képernyője azonnal elfordul, amikor mozgatni kezdjük.
Noha ezek a szenzorok a sajátos funkciójuktól függően eltérő módon működnek, mind egy közös működési elven alapulnak: mozgatható, kémiai vagy mágneses elven működő alkatrészek felhasználásával a MEMS elem állapotának változásait rögzítik és feldolgozzák elektromos jelek, előre definiált műveletek kiváltására.
Egy kis történelem
Persze az ilyen kifinomult alkatrészek gyártása nehéz feladat, a háromdimenziós MEMS kifejlesztése óriási kihívás volt. Az 1990-es évek elején a Bosch kutatócsoportjának azonban sikerült megvalósítania azt, amit addig sokan lehetetlennek tartottak: megoldani a mozgó struktúrák szilíciumba ágyazását, ami ahhoz kellett, hogy érzékelőként működjenek. Megtalálták a módját annak is, hogy biztosítsák az ilyen kifinomult szerkezetekkel rendelkező termékek gyors és nagy pontosságú tömeggyártását. Az eredmény egy úttörő folyamat volt a háromdimenziós MEMS ipari gyártásában – ezt a Bosch 1995-ben valósította meg.
Az első MEMS érzékelők, amelyek 1995-ben készültek, nyomásérzékelők voltak. Egy évvel később a légzsákok aktiválásához szükséges szenzorokat is gyártott már vállalatunk, majd 1998-tól ESP-érzékelőket is. Ma minden modern autóban átlagosan öt Bosch MEMS érzékelő található.
Számít a méret
A cégcsoport 1995-ben mutatta be a 6 hüvelykes (150 milliméteres) szilíciumlemezeket (ostyákat), amelyekre akár 6000 chipet is el lehet helyezni. Mivel az elhelyezhető chipek száma a lemez nagyságától függ, ezért fontos fejlesztési irány volt a méret növelése. 2010-ben ezért a Bosch 8 hüvelykes (200 milliméteres) ostyákkal bővítette portfólióját. A vállalat új gyárat is épített Reutlingenben e nagyobb ostyák gyártására, amelyek most akár 50 000 mikrochipet is befogadhatnak. A „Bosch-eljárásnak” is nevezett módszernek köszönhetően ezek a lemezkék nagy mennyiségben és gazdaságosan előállíthatóak. Ráadásul ultrapontosak, megbízhatóak és tartósak, miközben a sokféle felhasználás ellenére kevés energiát fogyasztanak.
Kicsi a MEMS, de bonyolult
Ezeknek az apró érzékelőknek a gyártása hosszú heteket vesz igénybe és több száz műveletből áll. A szilíciumot ultravékony lemezek, vagyis „ostyák” formájában dolgozzák fel. Ezt követően nagy pontosságú, akár több száz darab, mikrométeres mélységű szerkezet ágyazható a lemezekre, így az emberi hajnál vékonyabb szerkezetű forgácsok hozhatók létre. A nagy pontosság miatt a termeléshez rendkívül tiszta helyiségekre van szükség, mivel a legapróbb porszem is megzavarhatja ezen érzékeny rendszerek megfelelő működését.
Méret tekintetében hatalmas áttörést hozott a technológiai fejlődés
Miért éppen szilícium?
A szilíciumra nem véletlenül esett a választás. Egyrészt olyan mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek miatt könnyen megmunkálható és kopásálló, hiszen rugalmas szálas szerkezettel rendelkezik és ellentétben az acéllal, nem kopik. Ráadásul még olcsó is, mert homokból elő lehet állítani.
Okosóráktól az autókig
Nem csak az autóipar használ ma már ilyen érzékelőket, szinte mindenhol találkozhatunk velük: elektromos készülékekben, mobiltelefonokban, tabletekben, okosórákban. A MEMS döntő szerepet játszik az eszközök összekapcsolhatóságában, ezért a tárgyak internete (IoT) elképzelhetetlen lenne nélkülük.
A Bosch hamarosan tovább bővíti gyártói kapacitását
Minden, ami MEMS
A Bosch eddig már több mint 10 milliárd MEMS-érzékelőt gyártott, ezzel piacvezetővé vált ezen a területen is. Ez annak is köszönhető, hogy a vállalat a MEMS-technológiáról mindent tud és minden lépésben részt is vesz: kezdve a fejlesztésétől az érzékelők tervezésén és gyártásán át a csomagolásukig, a vizsgálati eljárásoktól az értékesítésig.
