חיישן לחץ MEMS

1. מהו חיישן לחץ MEMS

חיישן לחץ הוא מכשיר נפוץ בפרקטיקה התעשייתית, לרוב מורכב מאלמנטים רגישים ללחץ (אלמנטים רגישים אלסטיים, אלמנטים רגישים לתזוזה) ויחידות עיבוד אותות, עקרון העבודה מבוסס בדרך כלל על שינוי של חומרים רגישים ללחץ או לחץ הנגרם על ידי עיוות, הוא יכול להרגיש את אות הלחץ, ויכול להמיר את אות הלחץ לאות חשמלי פלט זמין לפי חוקים מסוימים. למדידה, בקרה וניטור מדויקים, עם דיוק גבוה, עמידות בפני קורוזיה ובנייה קומפקטית, המתאימה למגוון סביבות קשות.

חיישני לחץ של MEMS, השם המלא: חיישן לחץ של מערכת מיקרו-אלקטרו-מכנית, משלבים טכנולוגיית מיקרו-אלקטרוניקה חדשנית וטכנולוגיית מיקרו-עיבוד מדויקת. באמצעות השילוב של מבנה מיקרו-מכני ומעגל אלקטרוני, השבב העשוי מחומרים מוליכים למחצה מסורתיים כמו פרוסות סיליקון חד גבישי משמש כחלק העיקרי למדידת לחץ על ידי זיהוי דפורמציה פיזית או הצטברות מטען. לאחר מכן הוא מומר לאותות חשמליים לעיבוד כדי לממש ניטור רגיש והמרה מדויקת של שינויי לחץ. היתרון המרכזי שלו טמון בעיצוב המזעור שלו, המעניק לחיישני לחץ של MEMS ביצועים מעולים מבחינת דיוק, גודל, מהירות תגובה וצריכת אנרגיה.

2. מאפיינים של חיישן לחץ MEMS

ניתן לתכנן ולייצר חיישני לחץ של MEMS באמצעות טכנולוגיות הדומות למעגלים משולבים, המאפשרות ייצור המוני בעלות דיוק גבוהה ובעלות נמוכה. זה פותח את הדלת לשימוש המוני בעלות נמוכה בחיישני MEMS עבור מוצרי צריכה אלקטרוניים ומוצרי בקרת תהליכים תעשייתיים, מה שהופך את בקרת הלחץ לפשוטה, ידידותית למשתמש וחכמה.

חיישני לחץ מכניים מסורתיים מבוססים על דפורמציה של אלסטומרים מתכתיים בכוח, הממיר דפורמציה אלסטית מכנית לתפוקה חשמלית. לכן, הם לא יכולים להיות קטנים כמו מעגלים משולבים כמו חיישני לחץ של MEMS, והעלות שלהם גבוהה בהרבה מחיישני לחץ של MEMS. בהשוואה לחיישנים מכניים מסורתיים, חיישני הלחץ של MEMS הם בעלי גודל קטן יותר, כאשר המקסימום אינו עולה על סנטימטר אחד. בהשוואה לטכנולוגיית ייצור מכאני מסורתית, העלות-תועלת שלהם השתפרה מאוד.

3. יישום חיישן לחץ MEMS

תעשיית הרכב:

תחום הרכב הוא אחד מהיישומים החשובים במורד הזרם של חיישני MEMS. בתחום הרכב, חיישני לחץ MEMS נמצאים בשימוש נרחב במערכות בטיחות (כגון ניטור לחץ של מערכות בלימה, בקרת לחץ של כריות אוויר והגנה מפני התנגשות), בקרת פליטה (בקרת לחץ וניטור פליטת גז מנוע), ניטור צמיגים, ניהול מנוע , ומערכות מתלים בשל מזעורן, הדיוק הגבוה והאמינות שלהן. למכוניות יוקרתיות יש בדרך כלל מאות חיישנים, כולל 30-50 חיישני MEMS, מתוכם כ-10 חיישני לחץ MEMS. חיישנים אלו יכולים לספק נתונים קריטיים כדי לעזור ליצרני הרכב לייעל את ביצועי המנוע, לשפר את יעילות הדלק ולהגביר את בטיחות הנהיגה.

מוצרי אלקטרוניקה:

עם הפיתוח של יישומים כגון ניווט תלת מימדי, ניטור תנועה וניטור בריאות, היישום של חיישני לחץ MEMS באלקטרוניקה צרכנית הופך נפוץ יותר ויותר. חיישני לחץ במכשירים כגון סמארטפונים, טאבלטים ושעונים חכמים יכולים לשמש עבור פונקציות כגון ברומטרים, מדי גובה וניווט פנימי. חיישני הלחץ במכשירים לבישים חכמים יכולים גם לעקוב אחר אימוני פעילות ובריאות כמו דופק ופעילות גופנית, ולספק נתונים מדויקים יותר. בנוסף, חיישני לחץ MEMS נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו רחפנים ודגמי מטוסים, מספקים מידע גובה ומשתפים פעולה עם מערכות ניווט להשגת בקרת טיסה מדויקת.

תעשייה רפואית:

בתעשייה הרפואית, חיישני לחץ MEMS נמצאים בשימוש נרחב במגוון מכשירים רפואיים ומערכות זיהוי. הם יכולים לשמש לאיתור לחץ דם, בקרת מאווררים ומכונות הנשמה, ניטור לחץ פנימי ומערכות מתן תרופות. חיישנים אלו מספקים מדידות לחץ מדויקות כדי לסייע לעובדים רפואיים באבחון ובטיפול.

אוטומציה תעשייתית:

בתחום האוטומציה התעשייתית, חיישני לחץ MEMS משמשים לניטור ובקרה של תהליכים תעשייתיים שונים, והם נמצאים בשימוש נרחב במערכות צנרת נוזלים וגז, ניטור מפלס, בקרת לחץ ומדידות זרימה. הדיוק והאמינות הגבוהים של חיישנים אלו חיוניים כדי להבטיח את היציבות והבטיחות של תהליכים תעשייתיים.

תעופה וחלל:

חיישני לחץ MEMS יכולים לשמש לבדיקת ביצועים אווירודינמיים של מטוסים ורקטות, ניטור לחץ בגובה רב, איסוף נתונים מטאורולוגי ובקרת לחץ אוויר של מטוסים וציוד מבוסס חלל. המזעור ומאפיינים הקלים שלו הופכים אותו לאידיאלי עבור תעשיית התעופה והחלל כדי לעמוד בדרישות הסביבתיות התובעניות.

4. גודל שוק של חיישן לחץ MEMS

מונע על ידי אימוץ נרחב בתעשיות שונות, גודל השוק של חיישני לחץ MEMS גדל באופן משמעותי. Yole צופה שגודל שוק חיישני הלחץ של MEMS העולמי יגדל מ-1.684 מיליארד דולר ל-2.215 מיליארד דולר בשנים 2019-2026, עם קצב גידול שנתי ממוצע של כ-5%; המשלוחים גדלו מ-1.485 מיליארד יחידות ל-2.183 מיליארד יחידות, עם קצב גידול שנתי ממוצע של 4.9%. עם הביקוש הגובר לפתרונות חישת לחץ מדויקים ואמינים, שוק חיישני הלחץ של MEMS צפוי להתרחב משמעותית בשנים הקרובות, ולספק הזדמנויות רבות ליצרנים וספקים בתחום זה.