Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Przegląd najnowszych trendów w branży czujników MEMS

| Technika

Technologia MEMS zrewolucjonizowała światowy rynek czujników, wywarła również ogromny wpływ na całą branżę producentów układów półprzewodnikowych. Rozwój wielu obszarów tego rynku, w tym najbardziej medialnie głośnych i technologicznie zaawansowanych sektorów, napędzany jest w dużej mierze właśnie przez układy MEMS. Bez opracowania tego typu zminiaturyzowanych czujników nie byłoby możliwe powstanie systemów IoT, dronów czy autonomicznych pojazdów. Warto zatem przyjrzeć się obecnym trendom w branży MEMS – dostępnym rodzajom czujników oraz głównym obszarom ich zastosowań.

Przegląd najnowszych trendów w branży czujników MEMS

Terminem MEMS (microelectromechanical systems) określa się wszelkiego rodzaju układy elektroniczne zawierające w swojej strukturze zintegrowane elementy mechaniczne, wykonane w skali mikro (o wymiarach szczególnych rzędu μm, czyli 10–6m). Połączenie struktur mechanicznych z obwodami elektronicznymi pozwala na pomiar mnóstwa różnych wielkości nieelektrycznych przy użyciu urządzeń o niewielkich rozmiarach i stosunkowo niewielkim koszcie. Upowszechnienie tego typu rozwiązań stało się jednym ze źródeł sukcesu urządzeń mobilnych oraz produktów IoT. Pojawienie się niedrogiej i o małych rozmiarach alternatywy dla tradycyjnych czujników pozwoliło wprowadzić do wielu produktów całkowicie nowe możliwości, w efekcie przyczyniając się do upowszechnienia rozwiązań z zakresu np. rozszerzonej rzeczywistości. Dzisiaj trudno wyobrazić sobie smartfon bez funkcjonalności akcelerometru czy kompasu, czy urządzenie typu smartband lub smartwatch bez możliwości zliczania kroków czy wykrywania ruchu. Wszystkie te rozwiązania nie byłyby możliwe bez czujników wykonanych w technologii MEMS.

Sytuacja obecna oraz prognozy rozwoju rynku

Na rysunku 1 przedstawiono historię rozwoju rynku układów MEMS na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, zaś na rysunku 2 prognozy dalszego rozwoju w najbliższej przyszłości. Całkowita wartość sprzedanych w 2018 roku na całym świecie urządzeń typu MEMS osiągnęła 11,6 mld dol. Według najnowszego raportu Yole (agencji zajmującej się analizą rynku elektroniki), globalna sprzedaż układów MEMS w okresie 2019–2024 powinna rosną ze skumulowaną roczną stopą wzrostu (CAGR) na poziomie 8,3%.

 
Rys. 1. Rozwój rynku układów MEMS na przestrzeni ostatnich kilku lat. Wartość sprzedaży niemal podwoiła się w latach 2006–2016

Przewiduje się, że rozwój rynku MEMS napędzany będzie głównie przez układy do komunikacji radiowej (implementacja oraz rozbudowa sieci 5G), czujniki ciśnienia (motoryzacja, m.in. system monitorowania ciśnienia w oponach pojazdów), czujniki inercyjne, takiej jak akcelerometry oraz żyroskopy (wszelkiego typu autonomiczne pojazdy, zarówno drony, jak i samochody) oraz czujniki MEMS nowego typu, będące obecnie dopiero w fazie opracowywania (jak np. układy PMUT, czyli przetworniki ultradźwiękowe MEMS). W zasadzie wszystkie najpopularniejsze i najintensywniej rozwijane obecnie branże elektroniki pełnymi garściami czerpią z możliwości oferowanych przez czujniki MEMS – sektorowi temu nie grozi zatem raczej stagnacja.

 
Rys. 2. Stan obecny oraz prognozy rozwoju rynku układów MEMS

Branża MEMS już od dłuższego czasu osiąga bardzo dobre rezultaty sprzedaży, cały czas się przy tym rozwijając, czego dowodzi również rysunek 1, na którym przedstawiono historyczne wyniki sprzedaży tego typu układów w latach 2006–2016. W okresie tym całkowita roczna wartość sprzedanych produktów niemal uległa podwojeniu. Dość charakterystyczny oraz znaczący jest również fakt, że rynek czujników MEMS jest niezwykle zróżnicowany – nie ma jednego wyraźnie dominującego rodzaju układu MEMS, który miałby udział w rynku znacząco większe od pozostałych typów urządzeń. Już od wielu lat sensory i układy MEMS ugruntowały sobie pozycję w wielu dziedzinach, takich jak pomiar ciśnienia, przyspieszeń, jakości powietrza, rejestracja dźwięków, czy pomiar natężenia promieniowania elektromagnetycznego (bolometry, układy radiowe). Bardzo ciekawie zapowiadają się również perspektywy związane z możliwościami oferowanymi przez tzw. układy BioMEMS, czyli czujniki przeznaczone do pracy z substancjami pochodzenia organicznego, pozwalające np. na analizę składu krwi czy bezpośrednie dawkowanie leków do ciała pacjenta.

Ogólna charakterystyka technologii MEMS

 
Rys. 3. Przykłady elementów mechanicznych wykonanych w technologii MEMS

Jak już wspomniano, określenie MEMS odnosi się do miniaturowych urządzeń elektromechanicznych. Są to układy, które łączą w sobie zarówno elementy mechaniczne, jak i elektroniczne, wykonane przy tym w miniaturowej skali. Przykłady elementów mechanicznych wykonanych w skali mikro przedstawiono na rysunku 3. Historia tej technologii sięga lat 60. XX wieku, jednak aż do lat 80. nie została ona skomercjalizowana. Jednym z pierwszych układów typu MEMS zbliżonym koncepcyjnie do dzisiejszych czujników był akcelerometr zaprojektowany na Uniwersytecie Stanforda w roku 1979. Znaczną popularność układy te zdobyły jednak dopiero dekadę później, w latach 90.

Każdy układ MEMS składa się z przynajmniej dwóch grup elementów: obwodu elektronicznego oraz struktury mechanicznej. Elementy z obu grup wykonywane są poprzez odpowiednie formowanie krzemu lub innego materiału półprzewodnikowego – obwody z wykorzystaniem klasycznej techniki wytwarzania układów scalonych, zaś struktury mechaniczne poprzez zaawansowane metody formowania materiału półprzewodnikowego. Całość umieszcza się zazwyczaj na osobnych podłożach, łącząc wszystko w całość w jednej obudowie układu scalonego (rys. 4).

 
Rys. 4. Przykład struktury mechanicznej umieszczonej w jednej obudowie z elektronicznym obwodem sterującym. Elementy połączono wzajemnie za pomocą wyprowadzeń

Do typowych i najpopularniejszych rodzajów struktur mechanicznych implementowanych w układach MEMS zaliczyć można m.in. membrany, sprężyny czy dźwignie. Element mechaniczny nie musi być wcale ruchomy, nie musi być też (i najczęściej nie jest) jedynie odpowiednikiem analogicznego elementu w skali makro. Miniaturowe czujniki często charakteryzują się znacznie lepszymi parametrami niż ich makroskopowe odpowiedniki, prawie zawsze są również znacząco tańsze – integracja procesu wytwarzania układów mechanicznych z technologią fabrykacji układów scalonych drastycznie zmniejsza koszt produkcji całego urządzenia.

Podstawowe rodzaje czujników MEMS

Praktycznie w każdej branży związanej z pomiarem różnego typu wielkości fizycznych oraz kontrolą otoczenia napotkać można układy zawierające elementy wykonane w technologii MEMS.

Wszystkie tego typu czujniki podzielić można w zasadzie na cztery kategorie:

  • czujniki inercyjne oraz związane z wszelkiego rodzaju ruchem,
  • czujniki monitorujące stan otoczenia,
  • czujniki zawierające elementy optyczne,
  • układy BioMEMS, w różny sposób związane z przetwarzaniem substancji organicznych.

W każdej z tych grup można umieścić przynajmniej kilka (lub nawet kilkanaście) różnych rodzajów czujników. Poniżej omówione zostaną możliwości technologii MEMS w odniesieniu do każdego z wymienionych obszarów pomiarowych.

Czujniki inercyjne

Detekcja ruchu oraz związanych z nim parametrów to jedno z pierwszych zastosowań, w którym czujniki MEMS odniosły spektakularny sukces, udanie konkurując (a w efekcie zdecydowanie wygrywając) z większością alternatywnych rozwiązań. Jednym z historycznie pierwszych rodzajów sensorów MEMS były akcelerometry, pozwalające na pomiar przyspieszenia wzdłuż wybranej osi. Następnie dołączyły do nich również żyroskopy, pozwalające na pomiar prędkości kątowej obracającego się obiektu.

Obecnie na rynku spotkać można całe mnóstwo modeli tego typu produktów, od układów jednoosiowych do trójosiowych, pozwalających na pomiar wartości względem wszystkich trzech osi odniesienia. Dużą popularnością cieszą się również tzw. zintegrowane układy MEMS, zawierające w jednej obudowie trójosiowy akcelerometr, żyroskop oraz magnetometr (pozwalający na pomiar natężenia pola magnetycznego, a w efekcie deklinacji magnetycznej, czyli orientacji względem bieguna magnetycznego Ziemi). Tego typu produkty mogą zostać z powodzeniem wykorzystane jako jednoukładowy system nawigacji inercyjnej, charakteryzujący się dokładnością wystarczającą do wielu zastosowań.

Idea konstrukcji akcelerometrów MEMS opiera się najczęściej (dostępne są również inne rozwiązania) na wykorzystaniu masy bezwładnej jako elementu reagującego na zmiany przyspieszenia (rys. 5). Pod wpływem przyspieszenia powstaje siła przemieszczająca masę, będącą jednym z końców układu o funkcji kondensatora (zwykle jest to jedna z okładek kondensatora grzebieniowego). Zmiana przyspieszenia zmienia pojemność, co wykrywane jest przez obwód elektroniczny urządzenia (rys. 6).

 
Rys. 5. Masa bezwładna – główny element układu pomiaru przyspieszenia w MEMS-ach
 
Rys. 6. Prosty schemat ideowy akcelerometru MEMS

Do inercyjnych układów MEMS zaliczyć można również czujniki ciśnienia, niezwykle popularne m.in. w motoryzacji oraz mikrofony. Układy te wykorzystują cienkie warstwy krzemowe jako membrany. Pod wpływem ciśnienia (lub fali dźwiękowej) membrana ta odkształca się, powodując zmianę pojemności elektrycznej elementu pomiarowego.

Obwód elektroniczny odpowiedzialny jest za wzmocnienie oraz przetworzenie sygnału pomiarowego. W zależności od modelu układu informacja o mierzonej wartości przekazywana może być do układu zewnętrznego (zwykle mikroprocesora) w postaci sygnału analogowego lub cyfrowego, z wykorzystaniem jednego z popularnych interfejsów, np. SPI lub I²C. Wiele bardziej zaawansowanych układów MEMS ma własny wewnętrzny procesor oraz zaawansowane tory przetwarzania sygnału, pozwalające m.in. na jego filtrację oraz ekstrakcję określonych parametrów. Większość czujników zasilana jest standardowym napięciem z zakresu 3,3 V.

Czujniki środowiskowe

Technologia MEMS umożliwia również konstrukcję sensorów zdolnych do monitorowania szerokiego zakresu parametrów otoczenia. W ofercie rynkowej znaleźć można czujniki wilgotności, temperatury, a także umożliwiające pomiar koncentracji cząstek stałych w atmosferze oraz detekcję wybranych gazów, np. lotnych związków organicznych.

Czujnik temperatury bardzo często integrowany jest z innymi detektorami, tworząc bardziej rozbudowane moduły monitorujące. Jedno z najczęściej spotykanych połączeń obejmuje czujnik temperatury oraz wilgotności.

 
Rys. 7. Przykładowa konstrukcja czujnika ciśnienia MEMS

Detektory wybranych rodzajów gazów pozwalają na wykrywanie obecności w powietrzu m.in. lotnych związków organicznych, dwutlenku węgla oraz tlenku węgla. Do grupy lotnych związków organicznych zaliczyć można m.in. takie substancje, jak aceton, terpeny czy związki chloru (np. rozpuszczalniki). Związki te występują zazwyczaj jako uboczne produkty w wielu procesach przemysłowych i stanowią źródło zanieczyszczeń środowiska. Mają również negatywny wpływ na zdrowie człowieka, w wielu krajach (w tym m.in. w Polsce) przyjęto zatem dopuszczalne normy obecności tych substancji w produktach oraz procesach przemysłowych. Wartość stężenia dwutlenku węgla jest zaś jednym z najlepszych wskaźników jakości powietrza w pomieszczeniu – pomiar taki służyć może np. do monitorowania jakości wentylacji budynku.

 
Rys. 8. Przykłady czujników MEMS służących do pomiaru ciśnienia oraz wilgotności powietrza

Detektory gazów charakteryzują się dość dużą, w porównaniu do innych typów sensorów MEMS, wartością mocy zasilania. Wynika to z zasady działania tych układów – w procesie pomiarowym konieczne jest rozgrzanie badanego gazu (powietrza) do temperatury rzędu kilkuset stopni Celsjusza, co wymaga znacznych ilości energii elektrycznej.

Wspomniane rodzaje czujników – pozwalające mierzyć temperaturę, wilgotność oraz jakość powietrza, stanowią jeden z filarów rozwoju technologii inteligentnego budynku, umożliwiając konstrukcję systemu monitorowania oraz zarządzania pracą wentylacji i klimatyzacji.

 
Rys. 9. Wnętrzne obudowy detektora lotnych związków organicznych wykonanego w technologii MEMS



Czujniki koncentracji cząstek stałych w powietrzu również stają się coraz popularniejsze, szczególnie w miarę wzrostu zainteresowania tematem jakości powietrza przez odbiorców indywidualnych oraz publicznych. Rośnie zapotrzebowanie nie tylko na zewnętrzne stacje pomiarowe, ale również układy sterujące pracą domowych oczyszczaczy powietrza, coraz powszechniej kupowanych przez konsumentów.

Do grupy czujników środowiskowych zaliczyć można także czujniki przepływu strumienia gazów. Ich zasada działania opiera się, podobnie jak w przypadku czujników stężenia gazów, na wykorzystaniu elementu rozgrzewającego powietrze do wysokiej temperatury (rys. 10). W zależności od intensywności oraz kierunku przepływu strumienia gazów zmienia się rozkład temperatury w pobliżu grzałki, mierzony przez dwa termostosy (rodzaj termopary) umieszczone po jej przeciwległych stronach.

 
Rys. 10. Pomiar przepływu strumienia gazów

Czujniki optyczne

Jedną z najprężniej rozwijających się i jednocześnie najliczniejszych rodzin produktów wykorzystujących technologię MEMS są urządzenia optyczne. Układy te integrują w swojej strukturze elementy mechaniczne oraz optyczne. Często określa się je osobnym mianem MOEMS (Micro-Opto-Electro- Mechanical Systems). Elementy optyczne wykonywane są obecnie z wykorzystaniem tego samego procesu produkcyjnego co układy mechaniczne, co znacznie upraszcza oraz obniża koszt produkcji tego typu urządzeń. Historia tego typu rozwiązań sięga początków technologii MEMS. Pierwsze próby skonstruowania mikroskopijnych układów ruchomych zwierciadeł podejmowano z sukcesem już w latach 70. XX wieku, wraz z rozwojem technologii opanowano umiejętności wytwarzania bardziej zaawansowanych i precyzyjnych urządzeń.

 
Rys. 11. Przykład miniaturowego spektometru – typowy układ MOEMS

Integracja układów elektronicznych, elementów mechanicznych oraz optycznych w jednym układzie wykonanym w skali mikro niesie ze sobą wiele korzyści. Konstrukcje mechaniczne, takie jak ruchome wsporniki czy belki, wykorzystywane są przede wszystkim do sterowania układem optycznym, np. do zmiany jego geometrii. Do podstawowych elementów optycznych wykorzystywanych w układach MOEMS zaliczyć można wymienione już zwierciadła, soczewki oraz filtry. Odpowiednie rozmieszczenie oraz wykorzystanie właściwości tych elementów pozwala projektować oraz wykonywać bardziej złożone konstrukcje.

 
Rys. 12. Mikrolustro wykonane w technologii MOEMS

Do najpopularniejszych typów czujn- Do najpopularniejszych typów czujników MOEMS zaliczyć można spektrometry FITR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), czytniki odcisków palców, czujniki PIR (Passive InfraRed) czy detektory koloru. Układy MOEMS znajdują zastosowanie m.in. w diagnostyce laboratoryjnej, systemach ochrony, kontroli jakości czy skanerach 3D (np. technologia FaceID w nowych modelach iPhone'ów). Układy MOEMS wykorzystywane są również w fotografii wielospektralnej, polegającej na rejestracji tego samego obrazu w wielu różnych kanałach o odmiennych zakresach spektralnych – np. jednocześnie w zakresie widzialnym, podczerwieni, ultrafiolecie oraz mikrofal. Na rysunku 11 przedstawiono przykładową konstrukcję jednego z typowych układów MOEMS, czyli miniaturowego spektrometru.

Układy BioMEMS

Do najbardziej złożonych układów wykonanych w technologii MEMS zaliczyć można urządzenia BioMEMS. Są to systemy MEMS do zastosowań biomedycznych. Obejmują szerokie spektrum różnego typu produktów – do głównych typów układów zaliczyć można rozwiązania typu Lab-On-A-Chip (LOC), bioczujniki, miniaturowe urządzenia diagnostyczne oraz systemy dawkowania leków.

Technologia LOC umożliwia stworzenie miniaturowych układów zdolnych do prowadzenia badań laboratoryjnych z materiałami biologicznymi. W pojedynczym układzie o powierzchni rzędu milimetrów kwadratowych zintegrowane może zostać nawet kilka różnych funkcji laboratoryjnych. Systemy te wymagają użycia próbek o niewielkiej objętości w porównaniu z tradycyjnymi metodami analitycznymi. Pozwala to przyspieszyć przebieg reakcji, skrócić czas badania oraz zredukować liczbę odpadów medycznych.

 
Rys. 13. Przykładowy system dawkowania leków – jeden z typowych reprezentantów technologii BioMEMS

Technologia LOC znajduje się wciąż w fazie intensywnych badań, jednak dotychczas osiągnięte rezultaty wskazują na jej wysoki potencjał. Obecne implementacje koncentrują się na zastosowaniach diagnostycznych w sprzęcie medycznym oraz na analizie struktur DNA i RNA. Wśród dotychczasowych osiągnięć technologii wymienić można m.in. układ umożliwiający przeprowadzanie testów krwi na obecność wirusa HIV.

Mikrosystemy dawkowania leków mogą wykorzystywać różnego rodzaju mechanizmy pompowania substancji do organizmu pacjenta – mechaniczne lub niemechaniczne. Rozwiązania te opierają się generalnie na zjawisku osmozy, czyli przenikaniu leku przez membranę półprzepuszczalną do ciała pacjenta. System wyposażony jest m.in. w zbiornik na lek oraz układ sterowania jego przepływem.

Terminem bioczujniki (lub biosensory) określa się ogólnie układy przeznaczone do przetwarzania wielkości biologicznych na sygnały elektryczne. Potocznie nazwy tej używa się przede wszystkim w odniesieniu do układów umieszczonych na lub w ciele pacjenta i przeznaczonych do bieżącego krótko- lub długoterminowego monitorowania jego parametrów życiowych. Biosensory MEMS umożliwiają obecnie m.in. pomiar ciśnienia, składu oraz pH krwi czy stężenia wybranych substancji chemicznych.

Elementy wykonawcze

Technologia MEMS wykorzystywana jest nie tylko przy produkcji czujników, ale również różnego rodzaju elementów wykonawczych (aktuatorów). Do najpopularniejszych przykładów tego typu produktów zaliczyć można głośniki MEMS, głowice drukarek atramentowych, urządzenia RF czy wymienione już wcześniej układy optyczne, jak np. mikrolustra. Szczególnie szeroką ofertę aktuatorów MEMS spotkać można w systemach komunikacji RF – obejmuje ona różnego rodzaju mikroprzełączniki, filtry oraz rezonatory. W związku z postępującą ekspansją technologii 5G przewiduje się znaczący wzrost sprzedaży tego typu elementów w najbliższej przyszłości.

Główne obszary zastosowań

Układy MEMS znaleźć można obecnie w każdej branży, od medycyny, przez systemy automatyki domowej i przemysłowej, lotnictwo, motoryzację, układy komunikacyjne, aż do urządzeń mobilnych i elektroniki konsumenckiej. Na rysunku 14 przedstawiono nasycenie typowego samolotu, samochodu oraz smartfonu układami oraz czujnikami MEMS. Chociaż liczba umieszczonych w urządzeniu czujników zmienia się – od kilku tysięcy różnych układów w samolocie do kilku–kilkunastu w smartfonie, ich wartość we wszystkich przypadkach stanowi przynajmniej kilka procent kosztu całego systemu. Przewidywania oraz dotychczasowa historia pokazują, że wraz z rozwojem technologii współczynnik ten wciąż będzie rósł.

 
Rys. 14. Porównanie liczby oraz wartości czujników w poszczególnych produktach: samolot, samochód oraz smartfon

MEMS w motoryzacji

Motoryzacja od zawsze była jedną z dziedzin najpowszechniej korzystających z technologii MEMS i, według prognoz i analiz, nie powinno to ulec zmianie w najbliższej przyszłości. Na rysunku 15 przedstawiono główne obszary zastosowań czujników MEMS w motoryzacji w roku 2017 oraz analogiczną prognozę na rok 2023. Przewiduje się, że w 2023 całkowita wartość układów MEMS wykorzystanych do produkcji pojazdów wyniesie ponad 20 mld dol., co stanowić będzie dwukrotny wzrost w stosunku do roku 2017 – prognozowany skumulowany roczny wskaźnik wzrostu dla tego rynku wynosi 12,7%.

Głównym czynnikiem wywołującym wzrost zapotrzebowania na układy MEMS w motoryzacji jest rozwój autonomicznego transportu. Autonomiczne pojazdy potrzebują znacznie szerszej gamy czujników zdolnych do badania otoczenia m.in. za pomocą sygnału radiowego (radar) oraz optycznego (układy rozpoznawania obrazu, lidar). Z każdym rokiem wzrasta również liczba czujników montowanych w przeciętnym klasycznym (nieautonomicznym) pojeździe, co wynika m.in. z coraz większej liczby bardziej zaawansowanych systemów bezpieczeństwa oraz czujników środowiskowych.

MEMS w urządzeniach mobilnych

Trudno wyobrazić sobie dziś telefon komórkowy całkowicie pozbawiony układów MEMS. Standardem jest już obecność czujników inercyjnych, takich jak żyroskop oraz akcelerometr. Bardziej zaawansowane modele często wykorzystują mechanizmy identyfikacji (skanowanie twarzy, czytnik linii papilarnych) oparte na czujnikach oraz układach optycznych, również wykonanych w technologii MEMS. Niezbędnym elementem wyposażenia jest również mikrofon MEMS.

Inne urządzenia mobilne równie obficie czerpią ze zdobyczy technologii MEMS. Bez tego rodzaju układów nie byłoby możliwe opracowanie urządzeń takich jak smartwatch, inteligentne opaski czy różnego rodzaju systemy monitoringu codziennej aktywności użytkownika.

Kierunki rozwoju technologii MEMS

Na rysunku 16 przedstawiono prognozowaną wielkość sprzedaży układów MEMS w poszczególnych branżach w 2023 roku. Przewiduje się, że za kilka lat największymi odbiorcami tego typu urządzeń wciąż pozostaną producenci z branży motoryzacyjnej (20 mld dol.) oraz urządzeń mobilnych (50 mld dol.). Inne obszary, które w przyszłości prognozowane są jako znaczący odbiorcy układów MEMS, to systemy biomedyczne oraz opieki zdrowotnej, aplikacje przemysłowe (Przemysł 4.0), rozwiązania z zakresu sztucznej inteligencji oraz przetwarzania mowy (w szczególności mikrofony MEMS), systemy rozszerzonej rzeczywistości oraz rozwiązania komunikacyjne, przede wszystkim związane z implementacją protokołu 5G.

 
Rys. 15. Prognozowane główne obszary wykorzystania układów MEMS w motoryzacji

Jednym z kluczowych czynników sprzyjających rosnącemu zainteresowaniu czujnikami MEMS jest intensywny rozwój autonomicznego transportu. Układy te znajdują zastosowanie nie tylko w autonomicznych samochodach, ale również w bezzałogowych aparatach latających oraz okrętach.

 
Rys. 16. Prognozowana wartość sprzedaży układów MEMS w poszczególnych branżach w 2023 roku

Wydaje się, że czujniki MEMS jeszcze przez długi czas pozostaną nieodłącznym elementem wielu różnych urządzeń z niemal wszystkich dziedzin elektroniki. Wraz z rozwojem technologii, wzrostem dokładności oraz pojawianiem się nowych możliwości i zastosowań ich rola we współczesnej elektronice będzie nieustannie rosła. W najbliższej przyszłości najciekawiej wydaje się prezentować potencjalny katalog zastosowań układów typu BioMEMS, mogących znacząco odmienić oblicze medycyny, w szczególności zaś badań diagnostycznych. Możliwości urządzeń typu Lab-On-A-Chip są dopiero badane oraz poznawane, z biegiem czasu powinniśmy obserwować pojawianie się coraz większej liczby nowych rozwiązań tego typu. Podobnie skuteczne oraz nowatorskie może być wykorzystanie układów MEMS w terapii farmakologicznej (dawkowanie leków) oraz praktyce operacyjnej (miniaturowe narzędzia, rozwój nanotechnologii).

Podsumowanie

Bez wątpienia technologia MEMS zrewolucjonizowała branżę czujników, umożliwiając ich masowe wykorzystanie w niemal wszystkich dziedzinach elektroniki. Niewielkie rozmiary, nieduży koszt oraz wystarczająca dokładność to główne cechy stojące za ogromnym sukcesem tego typu rozwiązań. Pojawienie się miniaturowych układów zdolnych do pomiaru wielkości fizycznych, takich jak przyspieszenie, ciśnienie czy natężenia pola magnetycznego, umożliwiło dodanie całkowicie nowych funkcjonalności do obecnie istniejących urządzeń i opracowanie kompletnie nowych produktów.

Obecnie układy MEMS zdolne są do pomiaru ogromnej liczby różnych parametrów – od wielkości związanych z ruchem, przez ciśnienie, natężenie dźwięku, wartość pola magnetycznego, do detekcji określonych substancji chemicznych i biologicznych. Układy MEMS zdolne są ponadto do przetwarzania sygnałów optycznych oraz radiowych.

 
Rys. 17. Schemat typowego smartfonu z zaznaczonymi na czerwono układami MEMS

Wciąż prowadzone są badania nad nowymi rodzajami czujników, jak również prace mające na celu rozwój i ulepszenie już istniejących rozwiązań. Jest niemal pewne, że w najbliższej przyszłości zainteresowanie układami MEMS nadal będzie rosnąć, przyczyniając się do dalszego zwiększania wartości tego rynku.

 

Damian Tomaszewski

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie