MEMS-Drucksensor

1. Was ist ein MEMS-Drucksensor?

Der Drucksensor ist ein in der industriellen Praxis häufig verwendetes Gerät, das normalerweise aus druckempfindlichen Elementen (elastischen empfindlichen Elementen, verschiebungsempfindlichen Elementen) und Signalverarbeitungseinheiten besteht. Das Funktionsprinzip basiert normalerweise auf der Änderung druckempfindlicher Materialien oder dem Druck, der durch Verformung verursacht wird. Es kann das Drucksignal spüren und das Drucksignal gemäß bestimmten Gesetzen in ein verfügbares elektrisches Ausgangssignal umwandeln. Für genaue Messung, Steuerung und Überwachung, mit hoher Präzision, Korrosionsbeständigkeit und kompakter Bauweise, geeignet für eine Vielzahl rauer Umgebungen.

MEMS-Drucksensoren, der vollständige Name: Mikroelektromechanischer Systemdrucksensor, integrieren modernste Mikroelektroniktechnologie und Präzisionsmikrobearbeitungstechnologie. Durch die Kombination aus mikromechanischer Struktur und elektronischer Schaltung wird der Chip aus herkömmlichen Halbleitermaterialien wie monokristallinen Siliziumwafern als Hauptteil zur Druckmessung durch Erkennung physikalischer Verformung oder Ladungsansammlung verwendet. Anschließend wird es zur Verarbeitung in elektrische Signale umgewandelt, um eine empfindliche Überwachung und genaue Umwandlung von Druckänderungen zu ermöglichen. Sein Hauptvorteil liegt in seinem Miniaturisierungsdesign, das MEMS-Drucksensoren eine überlegene Leistung in Bezug auf Genauigkeit, Größe, Reaktionsgeschwindigkeit und Energieverbrauch verleiht.

2. Eigenschaften des MEMS-Drucksensors

MEMS-Drucksensoren können mithilfe integrierter Schaltkreise ähnlicher Technologien entworfen und hergestellt werden, was eine hochpräzise und kostengünstige Massenproduktion ermöglicht. Dies öffnet die Tür für den kostengünstigen Masseneinsatz von MEMS-Sensoren für Produkte der Unterhaltungselektronik und der industriellen Prozesssteuerung und macht die Drucksteuerung einfach, benutzerfreundlich und intelligent.

Herkömmliche mechanische Drucksensoren basieren auf der Verformung von Metallelastomeren unter Krafteinwirkung, die eine mechanische elastische Verformung in eine elektrische Ausgabe umwandelt. Daher können sie nicht so klein sein wie integrierte Schaltkreise wie MEMS-Drucksensoren und ihre Kosten sind viel höher als bei MEMS-Drucksensoren. Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Sensoren haben MEMS-Drucksensoren eine kleinere Größe, wobei die maximale Größe einen Zentimeter nicht überschreitet. Im Vergleich zur herkömmlichen mechanischen Fertigungstechnik ist ihre Wirtschaftlichkeit deutlich verbessert.

3. Anwendung des MEMS-Drucksensors

Die Automobilindustrie:

Der Automobilbereich ist eine der wichtigen nachgelagerten Anwendungen von MEMS-Sensoren. Im Automobilbereich werden MEMS-Drucksensoren häufig in Sicherheitssystemen (z. B. Drucküberwachung von Bremssystemen, Drucksteuerung von Airbags und Kollisionsschutz), Emissionskontrolle (Steuerung und Überwachung des Abgasdrucks von Motoren), Reifenüberwachung und Motormanagement eingesetzt und Aufhängungssysteme aufgrund ihrer Miniaturisierung, hohen Präzision und Zuverlässigkeit. High-End-Autos verfügen normalerweise über Hunderte von Sensoren, darunter 30–50 MEMS-Sensoren, von denen etwa 10 MEMS-Drucksensoren sind. Diese Sensoren können wichtige Daten liefern, um Automobilherstellern dabei zu helfen, die Motorleistung zu optimieren, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die Fahrsicherheit zu erhöhen.

Unterhaltungselektronik:

Mit der Entwicklung von Anwendungen wie 3D-Navigation, Bewegungsüberwachung und Gesundheitsüberwachung wird der Einsatz von MEMS-Drucksensoren in der Unterhaltungselektronik immer häufiger. Drucksensoren in Geräten wie Smartphones, Tablets und Smartwatches können für Funktionen wie Barometer, Höhenmesser und Indoor-Navigation verwendet werden. Die Drucksensoren in intelligenten tragbaren Geräten können auch Trainings- und Gesundheitsindikatoren wie Herzfrequenz und körperliche Aktivität überwachen und so genauere Daten liefern. Darüber hinaus werden MEMS-Drucksensoren häufig in Bereichen wie Drohnen und Flugzeugmodellen eingesetzt, wo sie Höheninformationen liefern und mit Navigationssystemen zusammenarbeiten, um eine präzise Flugsteuerung zu erreichen.

Medizinbranche:

In der medizinischen Industrie werden MEMS-Drucksensoren häufig in verschiedenen medizinischen Geräten und Erkennungssystemen eingesetzt. Sie können zur Blutdruckerkennung, zur Steuerung von Beatmungsgeräten, zur Innendrucküberwachung und in Medikamentenverabreichungssystemen eingesetzt werden. Diese Sensoren liefern genaue Druckmessungen, um medizinisches Personal bei der Diagnose und Behandlung zu unterstützen.

Industrielle Automatisierung:

Im Bereich der Industrieautomation werden MEMS-Drucksensoren zur Überwachung und Steuerung verschiedener Industrieprozesse eingesetzt und finden häufig Anwendung in Flüssigkeits- und Gasleitungssystemen, Füllstandsüberwachung, Druckregelung und Durchflussmessung. Die hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Sensoren sind unerlässlich, um die Stabilität und Sicherheit industrieller Prozesse zu gewährleisten.

Luft- und Raumfahrt:

MEMS-Drucksensoren können für aerodynamische Leistungstests von Flugzeugen und Raketen, zur Drucküberwachung in großer Höhe, zur Erfassung meteorologischer Daten und zur Luftdruckkontrolle von Flugzeugen und weltraumgestützter Ausrüstung verwendet werden. Aufgrund seiner Miniaturisierung und seines geringen Gewichts eignet es sich ideal für die Luft- und Raumfahrtindustrie, um den anspruchsvollen Umweltanforderungen gerecht zu werden.

4. Marktgröße von MEMS-Drucksensoren

Aufgrund der breiten Akzeptanz in verschiedenen Branchen wächst die Marktgröße von MEMS-Drucksensoren erheblich. Yole prognostiziert, dass die globale Marktgröße für MEMS-Drucksensoren im Zeitraum 2019–2026 von 1,684 Milliarden US-Dollar auf 2,215 Milliarden US-Dollar wachsen wird, mit einer durchschnittlichen jährlichen durchschnittlichen Wachstumsrate von etwa 5 %; Die Auslieferungen stiegen von 1,485 Milliarden Einheiten auf 2,183 Milliarden Einheiten, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 4,9 %. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach präzisen und zuverlässigen Drucksensorlösungen wird erwartet, dass der Markt für MEMS-Drucksensoren in den kommenden Jahren erheblich wachsen wird und Herstellern und Zulieferern in diesem Bereich zahlreiche Möglichkeiten bietet.