МЭМС-МАГНИТОМЕТРЫ

А.А. Киреева, В.М. Мусалимов, А.В. Шидловский Санкт-Петербургский Государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Россия

Новой ступенью развития систем мониторинга и навигации стало широкое внедрение в них МЭМС систем. Именно интегрированные МЭМС - системы, состоящие из различных МЭМС сенсоров и актюаторов (акселерометров, гироскопов, магнитометров) положили начало созданию автономных роботов, используемых в антитеррористических целях (для обнаружения и уничтожения взрывчатых и ядовитых веществ); миниатюрных летательных, подводных и околоорбитальных аппаратов, имеющих полностью автоматизированную навигационную систему; новейших встроенных систем контроля безопасности и управления для транспортных средств и многое другое.

Новый магнитный датчик может быть изготовлен и собран на основе полупроводниковой подложки, посредством групповой технологии и микроэлектромеханических систем (MEMS), что позволит создать базу для дешевого массового производства изделия. Основной особенностью технологического процесса производства МЭМСмагнитометров является операция прикрепление магнита к торсиону. Существует несколько возможностей реализации данной конструкции:

• напыление магнитной пленки (пермаллой);

• механическое соединение микромагнита с торсионом (припайка, приклейка);

• выращивание магнитных кристаллов совместимое с МЭМС технологиями.

В этом направлении в настоящее время ведутся работы коллективом кафедры Мехатроники СПбГУИТМО совместно с СПбФИЗМИ РАН и СПбТУ по созданию МЭМС - магнитометрической системы, технологической базы для нее и изготовление МЭМС магнитометра. Данная НИР включает в себя 2 основных этапа, обусловленных следующими причинами:

Первая: разработка схемы и технологического маршрута гибридной сборки прецизионного подвеса и магнитной системы. Благодаря современным средствам компьютерного моделирования и анализа появилась возможность создать виртуальную модель изделия, позволяющую определить критические точки каждого этапа технологического процесса изготовления микромагнитометра. Высокотемпературная обработка и многократное нанесение тонких плёнок, процессы последующего разделения кремниевой пластины на отдельные чипы и корпусирования, которые являются стандартными технологическими операциями при изготовлении 3D многослойной структуры микромагнитометров могут привести к поломке кремниевых пластин, раскалыванию отдельных кристаллов или появлению в них трещин. Из всего вышесказанного ясно, что наблюдаемая на практике прочность данного механического компонента или прибора будут зависеть от кристаллографической ориентации и геометрии, от количества и размера краевых, поверхностных и объёмных нарушений и от напряжений, индуцированных и накопленных во время роста, полировки, и последующей механической обработке кремниевой пластины или отдельно взятого кристалла.

Вторая: разработка системы автоматизированного контроля качества и мониторинга технологических и сборочных процессов.