4. МЭМС – датчики с точки зрения разработчика

На современной «начальной» стадии развития микросистемной техники успех разработки в значительной степени определяется опорой на новые идеи, концепции. Значительная часть разработок не требует и не использует новейших сверхдорогих субмикронных технологий, особой чистоты производственных помещений и литографии высокого разрешения. Разнообразнейшие перспективные МЕМС устройства и коммерчески успешные продукты созданы и создаются в значительной мере благодаря междисциплинарному взаимодействию специалистов различных областей.
Микросистемная техника развивается на стыке множества отраслей науки и техники. Специфика микросистемной техники –открытость в «среду обитания» и выраженная трехмерность конструкций – выдвигает множество проблем в области проектирования, материаловедения, методов обработки, сборки и испытания изделия. С другой стороны микросистемная техника нуждается в максимальном использовании технологического арсенала микроэлектроники, научного и технического задела в области групповых прецизионных технологий.
Новые задачи в технологии связаны с тем, что микромеханические устройства представляют собой реальные трехмерные структуры, элементы которых должны иметь возможность относительного механического перемещения. Эти новые свойства требуют развития трехмерного 3D-формообразования и реализации новых технологических операций.
Новые задачи в проектировании связаны с необходимостью расчета и моделирования не только задач схемотехники, но и совокупности проблем механики твердого тела, термоупругости, электростатики и магнетизма, газо и гидродинамики, которые порознь или одновременно проявляются в изделии.
Задача создания датчика на этапе установки чипа в корпус и обеспечения связи с электрическими коммутационными линиями, как правило, решается в рамках привычных для электроники подходов. Однако этап соединения чувствительного элемента с измеряемой средой может приводить и приводит к значительным сложностям. Для широкого круга изделий МЕМС привычные для электроники способы корпусирования не приемлемы, а разработка и создание отвечающего требованиям корпуса выходит далеко за пределы знаний и возможностей конкретного электронного производства.
Участие в разработках специалистов различных областей знания затрудняется отсутствием доступной и вместе с тем, «необходимой и достаточной» информации о возможностях МСТ. Для специалистов в области микроэлектронных технологий трудности в процессе разработки МСТ возникают при выходе за рамки привычных «планарных» приемов и подходов.
Для приборостроителей обычно начало работ затруднено отсутствием сведений о доступной технологической базе или ее возможностях в области МСТ. С точки зрения разработчика датчика набор технологических возможностей и выбор доступных материалов в области МСТ весьма ограничен.
Как правило, технологи «от микроэлектроники» могут обеспечить разработку и производство чипа, причем все касающееся механических структур должно быть сформулировано, рассчитано и представлено в виде понятном для микроэлектронного технолога. Сделать это – задача приборостроителя. Создание на базе чипа датчика только в очень ограниченном числе случаев может быть завершено установкой в привычный для электроники корпус. Проблемы при решение этой задачи (с точки зрения электроники это создание нестандартного корпуса) могут свести на нет и дешевизну, и микроминиатюрность, а главное существенно ухудшить метрологические и эксплуатационные качества датчика.
Как и было всегда при разработке датчиков сегодня для создания нового МЕМС изделия необходима опора как на обширный круг уже созданных аналогов в области микросистемной техники, так и на гигантский опыт приборостроения.