MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)란 무엇입니까? 유형 및 적용

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)는 미세 가공 기술을 사용하여 기계 및 전기 구성 요소로 만들어진 소형 장치 또는 기계입니다.

'MEMS'라는 용어는 종종 마이크로 메카트로닉 시스템의 범주와 이를 제조하는 데 사용되는 프로세스 기술을 모두 설명하는 데 사용됩니다. 일부 MEMS는 기계적 구성 요소가 없지만 특정 기계적 신호를 전기적 또는 광학적 신호로 변환하므로 MEMS로 분류됩니다.

유럽에서는 MEMS가 더 일반적으로 마이크로 시스템 기술로 알려져 있고 일본에서는 마이크로머신이라고 합니다.

MEMS의 크기

MEMS 장치의 물리적 치수는 20마이크로미터에서 1밀리미터까지 다양합니다. 1~100마이크로미터 크기의 부품으로 구성되어 있습니다.

개별 구성 요소는 머리카락 너비보다 작을 수 있지만 어레이로 배열된 여러 모듈은 10센티미터 정사각형 이상의 영역을 차지할 수 있습니다.

MEMS 장치에는 일반적으로 중앙 데이터 처리 장치(예:마이크로프로세서)와 주변 환경과 상호 작용하는 작은 기기(예:마이크로센서)가 포함됩니다.

MEMS 유형

MEMS 스위치 기술에는 옴과 용량의 두 가지 형태가 있습니다.

1. 옴 MEMS 스위치는 정전기 캔틸레버를 사용하여 개발되었습니다. 캔틸레버는 시간이 지남에 따라 변형되기 때문에 이러한 스위치는 접촉 마모 또는 금속 피로로 인해 고장날 수 있습니다.

2. 정전용량 스위치는 커패시턴스를 변경하는 움직이는 플레이트 또는 감지 요소에 의해 제어됩니다. 공진 특성을 활용하여 특정 주파수 범위에서 옴 장치보다 성능이 우수하도록 구성할 수 있습니다.

어떻게 구성되어 있습니까?

MEMS 생산에 대한 관심은 1980년대에 증가했지만 상업 개발에 필요한 설계 및 제조 인프라를 구축하는 데 거의 20년이 걸렸습니다. 생산된 최초의 몇 안 되는 장치 중 하나는 잉크젯 프린트헤드와 에어백 컨트롤러였습니다.

이 기술을 사용하여 연구원들은 1990년대 후반에 (MEMS를 활용하는) 마이크로미러가 있는 프로젝터를 만들 수 있었습니다. 시간이 지남에 따라 마이크로센서는 더욱 대중화되었습니다. 마이크로센서는 방사선, 자기장, 온도 및 압력용 센서를 비롯한 다양한 유형의 센서에 점차적으로 통합되었습니다.

오늘날 MEMS는 거의 모든 스마트 장치에 사용되며 더 큰 장치보다 훨씬 더 효율적(성능 및 에너지 소비 측면에서)이 되었습니다. 그들은 마이크로 프로세서, 마이크로 액츄에이터, 마이크로 센서, 여러 데이터 처리 장치와 같은 부품으로 구성됩니다.

MEMS의 제조에는 집적 회로 및 반도체 장치를 만드는 데 사용되는 것과 동일한 기술이 포함됩니다. 기본 기술은

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입금 :재료의 얇은 층(1~100마이크로미터)이 특수 표면에 증착됩니다.

패턴화 :리소그래피라는 공정을 사용하여 패턴을 재료로 전사합니다.

에칭 :물질을 화학용액에 용해시키거나 반응성 이온을 이용하여 원하는 모양을 생성합니다.

금형 준비 :실리콘 웨이퍼에 MEMS 소자를 준비한 후, 개별 다이를 분리한 후 냉각액 또는 건식 레이저 공정을 통해 웨이퍼 다이싱을 수행합니다.

실리콘은 MEMS를 만드는 데 사용되는 가장 일반적인 재료입니다. 그것은 쉽게 구할 수 있고, 저렴하며, 특히 마이크로일렉트로닉스 분야에서 상당한 이점을 가지고 있습니다. 예를 들어, 실리콘은 피로도가 거의 없고 에너지 손실도 거의 없습니다.

일부 MEMS는 전기도금, 증발 및 스퍼터링 공정을 통해 금속으로 만들어집니다. 높은 수준의 신뢰성을 나타내는 금속에는 금, 백금, 은, 텅스텐, 구리, 티타늄 및 알루미늄이 있습니다.

폴리머는 또한 다양한 재료 특성을 가진 대량 생산이 가능하기 때문에 MEMS 장치를 제조하는 데 사용할 수 있습니다.

MEMS는 NEMS와 어떻게 다릅니까?

NEMS(Nano-Electro-Mechanical Systems의 줄임말)는 나노 규모의 전기적 및 기계적 특성을 특징으로 하는 장치 종류입니다. NEMS는 MEMS의 다음 논리적 소형화 단계를 형성합니다.

간단히 말해서 NEMS는 MEMS와 유사하지만 더 작습니다. 100나노미터(원자 또는 분자 규모) 이하의 중요한 구조 요소를 갖습니다.

NEMS와 MEMS는 별개의 기술이라고 하지만 서로 의존하고 있습니다. 예를 들어, 원자를 감지하는 주사 터널링 팁 현미경은 MEMS 장치입니다.

MEMS 기술에서 유체 역학 및 주변 전자기에 의해 생성된 힘은 중요한 역할을 합니다. NEMS 기술에서는 표면 기반 감지 메커니즘과 큰 양자 역학적 효과도 중요합니다.

MEMS와 달리 NEMS 기술은 탄소 기반 재료, 특히 다이아몬드, 탄소 나노튜브 및 그래핀을 사용합니다. 그래핀의 성장, 조작, 전기 및 기계적 특성에 대한 지식의 상당한 발전으로 인해 연구자들은 압력 센서, 공진기, 가속도계 등과 같은 NEMS 장치용 그래핀에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.

예시 및 적용

MEMS가 더 효율적이고 구축 비용이 저렴해짐에 따라 IoT(사물 인터넷) 및 홈 자동화에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. MEMS의 일반적인 상용 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

스마트폰의 가속도계 | 유튜브

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전자식 안정성 제어 및 에어백 전개와 같은 다양한 목적을 위한 차량의 가속도계

건물 관리 시스템을 위한 센서 구동 냉각 및 난방 시스템

데이터 통신을 위한 스위칭 기술 및 정렬에 사용되는 광 스위치

실리콘으로 만든 일회용 혈압 센서 및 차량 압력 센서

정전기, 전자기 및 압전 마이크로 수확기(에너지 수확에 사용)

스마트폰 애플리케이션을 지원하는 소형 마이크, 기압계 및 자이로스코프

잉크의 흐름을 제어하기 위해 잉크젯 프린터에 사용되는 마이크로 노즐입니다.

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글로벌 시장

많은 회사들이 MEMS 프로젝트를 진행하고 있습니다. 소규모 회사는 혁신적인 솔루션의 가치를 제공하고 높은 판매 마진으로 맞춤형 제작 비용을 처리합니다. 대기업은 대부분 전자, 생물의학, 자동차와 같은 최종 시장을 위한 대량의 저렴한 부품 또는 패키지 솔루션을 제조합니다. 일반적으로 중소기업과 대기업 모두 새로운 MEMS 기술을 구축하기 위해 연구 개발에 투자합니다.

Grand View Research Inc에 따르면 전 세계 MEMS 시장 규모는 2024년까지 288억 4000만 달러에 이를 것으로 추정됩니다. 2015년에는 거의 120억 달러에 달했습니다. 연결된 라이프스타일의 인기가 높아짐에 따라 가전제품이 지배적인 부문이 될 것으로 예상됩니다(전 세계 수익 점유율의 40% 이상).

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보정 및 정확도 문제로 인해 시장 성장이 느려질 수 있습니다. 그러나 치열한 경쟁으로 인해 업계 선수들은 향후 몇 년 동안 가격을 낮게 유지해야 할 것입니다.