MEMS (Micro-electromechanical Systems) on ala, joka lienee suurelle yleis\u00f6lle suhteellisen tuntematon, mutta jolla on kohtuullisen pitk\u00e4 historia. Er\u00e4\u00e4n tulkinnan mukaan ensimm\u00e4inen \u201dMEMS\u201d valmistettiin 1965, vajaat parikymment\u00e4 vuotta transistorin keksimisen j\u00e4lkeen, mutta jo sit\u00e4 ennen piist\u00e4 oli tehty paine- ja venym\u00e4antureita. Vasta 1990-luvulla termiksi vakiintui MEMS.<\/p>\n\n\n\n
Itse t\u00f6rm\u00e4sin aiheeseen parikymppisen\u00e4 joskus 1980-luvun lopulla, kun Tieteen Kuvalehdess\u00e4 kerrottiin, miten piist\u00e4 voidaan tehd\u00e4 mikroskooppisen pieni\u00e4 liikkuvia rattaita ja moottoreita. Kun puolijohdetekniikan opinnoissa tuli diplomity\u00f6n aika, p\u00e4\u00e4sin itse suunnittelemaan ja prosessoimaan monikiteisest\u00e4 piist\u00e4 mikromekaanisia antureita VTT:n puolijohdelaboratorioon. V\u00e4it\u00f6skirjan j\u00e4lkeen ura jatkui Muratalla (silloinen VTI Technologies), joka on valmistanut MEMS-antureita autojen liikkeen mittaukseen jo vuodesta 1991.<\/p>\n\n\n\n
En\u00e4\u00e4 ei puhuta mikromekaniikasta vaan MEMSist\u00e4. Ensimm\u00e4inen kirjain M kertoo, ett\u00e4 perusidea on edelleen sama: miniatyrisoida eli tehd\u00e4 pieness\u00e4 koossa erilaisia s\u00e4hk\u00f6isi\u00e4, mekaanisia tai kolmiulotteisia rakenteita kiekolle mikropiirien valmistuksessa k\u00e4ytetyill\u00e4 tai niist\u00e4 kehitetyill\u00e4 menetelmill\u00e4. T\u00e4rkeimpi\u00e4 ovat ohutkalvojen kasvatus, litografinen kuviointi, sy\u00f6vytys ja kiekkojen liitt\u00e4minen. Ylivoimaisesti t\u00e4rkein materiaali on pii, joka on t\u00e4ysin v\u00e4sym\u00e4t\u00f6n jousimateriaali korkeaan murtorajaan saakka ja jolle on kehitetty tarkkoja kuviointimenetelmi\u00e4. Vaikka MEMSill\u00e4 on tehty monenlaisia laitteita pieness\u00e4 mittakaavassa, ei kaikista konsepteista ole syntynyt teollisia sovelluksia. Esimerkiksi mikromoottoreista havaittiin, ett\u00e4 rattaat kuluvat nopeasti, tarttuvat herk\u00e4sti pysyv\u00e4sti kiekkoon, ja moottorin tuottama voima on mit\u00e4tt\u00f6m\u00e4n pieni eik\u00e4 sit\u00e4 saa j\u00e4rkev\u00e4sti v\u00e4litetty\u00e4 kiekon pinnalta hy\u00f6tyk\u00e4ytt\u00f6\u00f6n.<\/p>\n\n\n\n
Tulevaisuudessa viel\u00e4 pienempi\u00e4 antureita?<\/strong><\/p>\n\n\n\n Liike- eli inertia-anturi kuluu MEMSin menestystarinoihin, ja Murata on yksi alan pioneereista. Inertia-antureilla mitataan kiihtyvyytt\u00e4, kallistusta tai py\u00f6rimisliikett\u00e4, ja niiden sis\u00e4ll\u00e4 on yksi tai useampia piist\u00e4 tehtyj\u00e4 massoja, jotka on ripustettu piijousella. Massat liikkuvat anturiin kohdistuvan ulkoisen voiman vaikutuksesta ja liike mitataan s\u00e4hk\u00f6isesti. \u00c4kkiselt\u00e4\u00e4n luulisi, ett\u00e4 inertia-anturi ei ole kovin suosiollinen miniatyrisoitavaksi, koska massan pienentyess\u00e4 siihen vaikuttava voima pienenee ja massa liikkuu entist\u00e4 v\u00e4hemm\u00e4n. T\u00e4m\u00e4 onkin totta, mutta mittojen pienentyess\u00e4 tarkkuus, jolla massan liike voidaan mitata, itse asiassa paranee. Elektrodien v\u00e4lill\u00e4 vaikuttava s\u00e4hk\u00f6kentt\u00e4 nimitt\u00e4in muuttuu sit\u00e4 voimakkaammin mit\u00e4 pienempi on niiden v\u00e4linen rako. Esimerkiksi Muratan kiihtyvyysanturissa massan ja mittauselektrodien v\u00e4linen rako on alle 1\/10 hiuksen paksuudesta ja massan liike voidaan mitata tarkkuudella, joka on tuhannesosa siit\u00e4. V\u00e4r\u00e4htelev\u00e4ss\u00e4 kulmaliikeanturissa, jossa massaa aktiivisesti liikutetaan s\u00e4hk\u00f6isen voiman avulla, mitataan viel\u00e4 kertaluokkaa pienempi\u00e4 liikkeit\u00e4. Jos MEMS-anturissa millimetrit muutettaisiin metreiksi, niin anturielementti olisi kooltaan ruokap\u00f6yd\u00e4n kokoinen ja sen sis\u00e4ll\u00e4 mitattaisiin liikkeit\u00e4 jotka ovat p\u00f6yd\u00e4ll\u00e4 olevan p\u00f6lyhiukkasen kokoluokkaa. Salaisuus on siin\u00e4, ett\u00e4 pieniss\u00e4 dimensioissa s\u00e4hk\u00f6iset ja mekaaniset voimat ovat vahvemmin kytkeytyneet toisiinsa kuin makromaailmassa ja siihen viittaavat MEMSin kaksi keskimm\u00e4ist\u00e4 kirjainta EM: Electro-Mechanical).<\/p>\n\n\n\n Mutta ei se k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6ss\u00e4 ihan niin helppoa ole. S\u00e4hk\u00f6kentti\u00e4 on nimitt\u00e4in kaikkien varattujen pintojen v\u00e4lill\u00e4 ja miniatyrisoinnissa my\u00f6s n\u00e4m\u00e4 ei-toivotut kent\u00e4t kasvavat, helposti enemm\u00e4n kuin itse mittauselektrodeissa. Muratan teknologiassa on kuitenkin merkitt\u00e4v\u00e4 etu t\u00e4h\u00e4n ongelmaan. Murata on itse kehitt\u00e4nyt tavan yhdist\u00e4\u00e4 piit\u00e4 ja lasieristett\u00e4 siten, ett\u00e4 saadaan suhteellisen paksuja ja leveit\u00e4 eristev\u00e4lej\u00e4, joiden ansiosta ei-toivotut s\u00e4hk\u00f6kent\u00e4t j\u00e4\u00e4v\u00e4t pienemmiksi kuin kilpailijoilla. T\u00e4m\u00e4n teknologian ansiosta Muratan anturit ovat markkinoiden tarkimpia vaativiin autosovelluksiin. MEMSin perusajatuksen mukaisesti niiden koko on vuosien varrella pienentynyt, vaikka samaan anturiin on lis\u00e4tty yh\u00e4 useampia, yh\u00e4 pienempi\u00e4 ja yh\u00e4 monimutkaisempia jousi-massa-rakenteita, joiden ansiosta samalla anturilla voidaan mitata useita liikesuuntia. Sen on mahdollistanut piikiekkojen sy\u00f6vytys-, kuviointi- ja liitostekniikoiden kehittyminen.<\/p>\n\n\n\n Miss\u00e4 sitten menee inertia-anturin miniatyrisoinnin raja? Sit\u00e4 tuskin olemme viel\u00e4 n\u00e4hneet. Valmistustekniikkaa dimensioiden pienent\u00e4miseen on jo olemassa, kuten transistorien viivanleveyden kehittymisest\u00e4 tied\u00e4mme. Toki valmistuslaitteet erityisesti kuvioinnissa muuttuvat yh\u00e4 kalliimmiksi, jolloin jossain vaiheessa miniatyrisointi ei ole en\u00e4\u00e4 taloudellisesti kannattavaa. Voisi olettaa, ett\u00e4 raja tulee vastaan viimeist\u00e4\u00e4n silloin, kun muut fysikaaliset ilmi\u00f6t, kuten atomien tai ei-toivottujen varausten aiheuttamat pintavoimat, alkavat h\u00e4irit\u00e4 liikaa mittausta, eik\u00e4 niiden hallitsemiseen ole en\u00e4\u00e4 keinoja. Mutta sit\u00e4 ennen tulemme varmasti n\u00e4kem\u00e4\u00e4n uusia elektroniikka- ja systeemitason ratkaisuja, joilla s\u00e4hk\u00f6ist\u00e4 liikkeen mittausta venytet\u00e4\u00e4n yh\u00e4 tarkemmaksi. Pelkk\u00e4 piirakenne ei nimitt\u00e4in viel\u00e4 ole toimiva anturi, vaan se tarvitsee parikseen varta vasten suunnitellun integroidun elektroniikkapiirin, sek\u00e4 niiden yhdist\u00e4mist\u00e4 ja piirilevyyn liitt\u00e4mist\u00e4 varten tarkasti optimoidun kotelon, jossa ei-toivottujen ulkoisten voimien ja h\u00e4iri\u00f6iden vaikutus on minimoitu. MEMS ei siis ole pelkk\u00e4\u00e4 piit\u00e4 ja lasia, vaan montaa eri teknologiaa yhdist\u00e4v\u00e4 systeemi, jonka suunnitteluun ja valmistukseen tarvitaan monenlaista osaamista. Siihen viittaa MEMSin viimeinen kirjain S: Systems.<\/p>\n\n\n\n Altti Torkkeli, Fellow, Research & Development<\/em><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" MEMS (Micro-electromechanical Systems) on ala, joka lienee suurelle yleis\u00f6lle suhteellisen tuntematon, mutta jolla on kohtuullisen pitk\u00e4 historia.<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":977,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_et_pb_use_builder":"off","_et_pb_old_content":"","_et_gb_content_width":"","inline_featured_image":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-975","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-uncategorized"],"featured_image_src":"https:\/\/muratafinland.com\/wp-content\/uploads\/2021\/03\/1VF-Murata-02351-scaled-e1616502865207-980x551-1-600x400.jpg","featured_image_src_square":"https:\/\/muratafinland.com\/wp-content\/uploads\/2021\/03\/1VF-Murata-02351-scaled-e1616502865207-980x551-1-600x485.jpg","author_info":{"display_name":"kati","author_link":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/author\/kati\/"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/975","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=975"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/975\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media\/977"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=975"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=975"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/muratafinland.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=975"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}