GIỚI THIỆU

LỊCH SỬ CỦA CÔNG NGHỆ MEMS

///////

Lịch sử của vi gia công gắn liền với sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp (IC). Bắt đầu từ những năm 1960 các nhà nghiên cứu đã thực nghiệm sử dụng công nghệ gia công IC để tạo ra các cấu trúc cơ. Một trong những thiết bị đầu tiên như tranzito cộng hưởng tuy không thành công trong việc thương mại hóa nhưng mở đường cho sự thành công của cảm biến áp lực và gia tốc kế vào những năm 1970.

Nghiên cứu quan trọng và nỗ lực phát triển trong những năm 1980 và 1990 đã dẫn đến sự hình thành công nghệ gia công mới, linh kiện và thị trường cho MEMS. Đặc biệt nhất, gia công vi cơ bề mặt đã cho phép tích hợp các phẩn tử cơ với các mạch tích hợp dẫn đến sự hạ giá thành của gia tốc kế và micromirror arrays. Quá trình thương mại hóa của công nghệ MEMS cuối cùng đã bắt đầu tiếp cận với xã hội với quy mô lớn. Do đó ngày nay hầu hết mọi người đã từng tiếp cận với các sản phẩm của MEMS cho dù chủ ý hay không chủ ý.

///

Hệ thống vi cơ điện tử MEMS ( MicroElectroMechanical Systems) là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống tích hợp các thành phần điện tử và cơ khí có kích thước cỡ micromet.

///

Thuật ngữ “MEMS” được đề xuất vào năm 1987 khi chuỗi ba hội thảo về microdynamics và MEMS được tổ chức vảo tháng 7 năm 1987 ở thành phố Salt Lake, Utah; vào tháng 11 năm 1987 ở Hyannis, Massachusetts và tháng 1 năm 1988 ở Princeton, New Jersey. Những cuộc hội thảo này mở ra một kỉ nguyên mới của các thiết bị vi cơ điện tử. Thuật ngữ tương đương của MEMS bao gồm “microsystems” được ưa thích tại châu Âu và “micromachine” được ưa chuộng ở Nhật Bản. Khi đó MEMS chỉ là ứng dụng bị động và bị giới hạn về công nghệ, và đã nhanh chóng nổi lên như một lĩnh vực liên ngành có liên quan đến rất nhiều lĩnh vực chuyên ngành khoa học và kỹ thuật khác.

Quá trình thu nhỏ các hệ thống cơ hứa hẹn nhiều cơ hội thúc đẩy hướng phát triển mới cho sự tiến bộ của khoa học và công nghệ. Vi cơ cấu và vi hệ thống sẽ

nhỏ hơn, nhẹ hơn, nhạy hơn và thường chính xác hơn so với các cơ cấu vĩ mô. Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống vi cơ đòi hỏi công nghệ chế tạo phù hợp.

///

Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là công nghệ của thế giới rất nhỏ. MEMS cũng được gọi là micromachines (Nhật Bản) hoặc Micro Systems Technology (châu Âu). MEMS được tạo từ các thành phần kích cỡ từ 1 tới 100 và kích thước các thiết bị MEMS nói chung trong khoảng từ 20 tới 1mm. Chúng thường chứa đơn vị trung tâm chứ dữ liệu, vi cảm biến và nhiều thành phần kết nối với thế giới ngoại vi giống như cảm biến.

TẠI SAO LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ MEMS

Lí do mà công nghệ MEMS nhanh chóng được ứng dụng có thể phân loại chung theo 3 lí do:

Thu nhỏ các thiết bị hiện tại, giống như sự chế tạo của silicon dựa vào con quay

hồi chuyển để thu nhỏ thiết bị vài kg và thể tích 1000 thành con chíp cỡ vài

gram được đóng gói với kích cỡ 0,5 .

Sự phát triển của thiết bị mới dựa trên những nguyên lí cái mà không hoạt động đối với kích cỡ lớn. Ví dụ đưa ra là chíp sinh học trong đó điện trường sử dụng để bơm chuyển chất phản ứng quanh chíp. Cái này được gọi là hiệu ứng điện thẩm dựa trên sự tồn tại của lực cản trên dòng chất lỏng chỉ làm việc theo khe dọc chiều dài của đoạn cỡ 1 mm tức là với kích cỡ micro.

Sự phát triển của công cụ mới để giao tiếp với thế giới micro. Vào năm 1986 H. Rohner và G.Binnig tại IBM đã được giải thưởng Nobel Vật lí với công trình của họ về kính hiển vi tunel (STM). Công trình này dự báo sự phát triển của một thế hệ kính hiển vi mới (kính hiển vi nguyên tử, kính hiển vi quét trường gần…). Ví dụ khác của lớp thiết bị MEMS với kích cỡ lớn hơn một chút có thể là sự phát triển của taykẹp micro để gắp tế bào phục vụ cho việc phân tích.

Sự thu nhỏ thường là sự mục đích quan trọng nhất đằng sau sự phát triển của MEMS với nhận thức chung là thu nhỏ để tăng giá trị sản phẩm bằng cách giảm mức tiêu thụ vật liệu và cho phép gia công theo lô nhưng lợi ích quan trọng không kém đó là tăng khả năng ứng dụng. Thông thường giảm khối lượng và kích cỡ cho phép lắp đặt MEMS ở vị trí nơi mà các hệ thống truyền thống không thể lắp ghép. Tuy nhiên quá trinh thu nhỏ đơn lẻ không thể làm thỏa mãn sự phát triển của MEMS. Cuối cùng khi mà các thành phần được chế tạo đủ

nhỏ, đủ tin cậy và thường rẻ thì có lẽ không có lí do để thu nhỏ tiếp. Lợi thế của qúa trình vi gia công không thể được sử dụng với tấm kim loại đục lỗ hay phương pháp sản xuất khối lượng tiêu chuẩn khác. Nhưng công nghệ MEMS cho phép một vài điều khác biệt, tại cùng thời điểm vừa có thể tạo thiết bị nhỏ hơn đồng thời có thể tạo chúng tốt hơn. Túi khí dự báo tai nạn là một ví dụ điển hình cho việc gia tăng giá trị sử dụng mà sự phát triển của MEMS đem lại .Một số cảm biến tai nạn không phải MEMS được chế tạo dựa trên bi kim loại được giữ bởi rolling spring hay từ trường. Viên bi di chuyển …

Ưu điểm khác mà MEMS đem lại liên quan tới sự tích hợp hệ thống. Thay vì có một chuỗi các thành phần bên trong được kết nối bằng dây hay được hàn lên bảng mạch in thì MEMS với vật liệu silicon có thể tích hợp trực tiếp với hệ thống điện. Tất cả hệ thống cùng trong một chíp hay cùng gói đem lại sự tin cậy và giảm chi phí lắp ráp và mở ra khả năng ứng dụng mới.

Do đó công nghệ MEMS không chỉ tạo ra những thiết bị nhỏ bé mà còn tạo ra những thiết bị tốt hơn.