O que é MEMS (sistema microeletromecânico)? Tipos e aplicativos

Sistema Microeletromecânico, ou MEMS, é um dispositivo ou máquina em miniatura feito de componentes mecânicos e elétricos, usando técnicas de microfabricação.

O termo 'MEMS' é frequentemente usado para descrever tanto uma categoria de sistemas micro mecatrônicos quanto a tecnologia de processo empregada para fabricá-los. Alguns MEMS não possuem componentes mecânicos, mas como convertem certos sinais mecânicos em elétricos ou ópticos, eles são classificados como MEMS.

Na Europa, os MEMS são mais comumente conhecidos como tecnologia de microssistemas e, no Japão, são chamados de micromáquinas.

Tamanho dos MEMS

A dimensão física dos dispositivos MEMS pode variar de 20 micrômetros a um milímetro. Eles são feitos de componentes entre 1 e 100 micrômetros de tamanho.

Embora os componentes individuais possam ser menores do que a largura de um cabelo humano, vários módulos dispostos em matrizes podem ocupar uma área de mais de 10 centímetros quadrados.



Dispositivos MEMS geralmente contêm unidades centrais de processamento de dados (como microprocessadores) e instrumentos minúsculos que interagem com os arredores (como microssensores).

Tipos de MEMS

Existem duas formas de tecnologia de switch MEMS:ôhmica e capacitiva.

1. Ohmico Os interruptores MEMS são desenvolvidos usando cantiléveres eletrostáticos. Como os cantilevers se deformam com o tempo, essas chaves podem falhar devido ao desgaste do contato ou fadiga do metal.

2. Capacitivo os interruptores são controlados por uma placa móvel ou elemento sensor que altera a capacitância. Ao explorar suas características ressonantes, eles podem ser configurados para superar os dispositivos ôhmicos em faixas de frequência específicas.

Como são construídos?

Embora o interesse na produção de MEMS tenha crescido na década de 1980, levou quase duas décadas para estabelecer a infraestrutura de design e fabricação necessária para seu desenvolvimento comercial. Um dos primeiros dispositivos produzidos foram cabeçotes de impressão a jato de tinta e controladores de airbag.

Usando essa tecnologia, os pesquisadores conseguiram construir um projetor com micro-espelhos (que utiliza MEMS) no final da década de 1990. Com o tempo, os microssensores se tornaram mais populares:eles foram gradualmente integrados em diferentes tipos de sensores, incluindo sensores de radiação, campos magnéticos, temperatura e pressão.

Hoje, os MEMS são usados ​​em quase todos os dispositivos inteligentes e se tornaram muito mais eficientes (em termos de desempenho e consumo de energia) do que seus equivalentes maiores. Eles são compostos por partes como microprocessadores, microactuadores, microssensores, várias unidades de processamento de dados.

A fabricação de MEMS envolve as mesmas técnicas usadas para criar circuitos integrados e dispositivos semicondutores. As técnicas básicas são

• Deposição :Camadas finas (entre 1 e 100 micrômetros) de material são depositadas em uma superfície especial.
• Padrões :Um padrão é transferido para um material usando um processo chamado litografia.
• Gravura :O material é dissolvido em uma solução química ou usando íons reativos para produzir as formas necessárias.
• Preparação de matriz :Uma vez que os dispositivos MEMS são preparados em um wafer de silício, os moldes individuais são separados e, em seguida, o corte do wafer é realizado por meio de um líquido de resfriamento ou um processo de laser seco.

O silício é o material mais comum usado para criar MEMS. Está prontamente disponível, é barato e tem vantagens substanciais, especialmente no campo da microeletrônica. Por exemplo, o silício sofre muito pouca fadiga e quase nenhuma dissipação de energia.



Alguns MEMS são feitos de metal por meio de processos de galvanoplastia, evaporação e pulverização catódica. Metais que apresentam alto grau de confiabilidade incluem ouro, platina, prata, tungstênio, cobre, titânio e alumínio.

Os polímeros também podem ser usados ​​para fabricar dispositivos MEMS, pois podem ser produzidos em grandes volumes, com várias características de material.

Como os MEMS são diferentes do NEMS?

NEMS (abreviação de sistemas nanoeletromecânicos) são uma classe de dispositivos com características elétricas e mecânicas em nanoescala. O NEMS constitui a próxima etapa de miniaturização lógica do MEMS.

Em termos simples, NEMS são semelhantes aos MEMS, mas menores:eles têm elementos estruturais críticos ou abaixo de 100 nanômetros (escalas atômicas ou moleculares).

Embora NEMS e MEMS sejam chamados de tecnologias separadas, eles dependem um do outro. Por exemplo, um microscópio de ponta de tunelamento de varredura, que detecta átomos, é um dispositivo MEMS.

Na tecnologia MEMS, as forças produzidas pela dinâmica dos fluidos e eletromagnetismo ambiente desempenham um papel importante. Enquanto na tecnologia NEMS, o mecanismo de detecção baseado em superfície e grandes efeitos mecânicos quânticos também são cruciais.

Ao contrário de MEMS, a tecnologia NEMS utiliza materiais à base de carbono, especificamente diamante, nanotubos de carbono e grafeno. Devido aos avanços substanciais no crescimento, manipulação, conhecimento das propriedades elétricas e mecânicas do grafeno, os pesquisadores estão se interessando mais pelo grafeno para dispositivos NEMS, como sensores de pressão, ressonadores, acelerômetros e muito mais.

Exemplos e aplicativos

À medida que os MEMS se tornam mais eficientes e menos caros de construir, espera-se que desempenhem um papel crucial na IoT (internet das coisas) e na automação residencial. As aplicações comerciais comuns de MEMS são:

O acelerômetro em um smartphone | YouTube

• Acelerômetros em veículos para vários fins, como controle eletrônico de estabilidade e implantação de airbag
• Sistemas de resfriamento e aquecimento acionados por sensor para sistemas de gerenciamento de edifícios
• O interruptor óptico usado para tecnologia de comutação e alinhamento para comunicações de dados
• Sensores de pressão arterial descartáveis ​​e sensores de pressão de veículos feitos de silício
• Micro colheitadeiras eletrostáticas, eletromagnéticas e piezoelétricas (usadas para captação de energia)
• Microfones pequenos, barômetros e giroscópios para oferecer suporte a aplicativos de smartphone
• Micronozzles usados ​​em impressoras jato de tinta para controlar o fluxo de tinta.

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Mercado Global

Muitas empresas estão trabalhando em projetos de MEMS. As empresas menores oferecem valor em soluções inovadoras e administram as despesas de fabricação customizada com altas margens de vendas. As empresas maiores fabricam principalmente peças baratas de alto volume ou soluções embaladas para mercados finais, como eletrônicos, biomédicos e automóveis. Geralmente, pequenas e grandes empresas investem em pesquisa e desenvolvimento para construir uma nova tecnologia de MEMS.

De acordo com a Grand View Research Inc, o tamanho do mercado global de MEMS está estimado em US $ 28,84 bilhões até 2024. Em 2015, era de quase US $ 12 bilhões. Considerando a crescente popularidade dos estilos de vida conectados, espera-se que os eletrônicos de consumo sejam o segmento dominante (com mais de 40% da participação global na receita).

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Problemas de calibração e precisão podem desacelerar o crescimento do mercado. Mas a competição intensa forçará os participantes da indústria a manter os preços baixos nos próximos anos.