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Per la costruzione di bussole 3D vengono attualmente utilizzate tecnologie piuttosto complesse la cui produzione industriale è lunga e costosa.
La bussola 3D è un dispositivo in grado di indicare sui tre assi x, y e z la direzione rispetto al polo magnetico terrestre. Tipicamente le tecnologie utilizzate sfruttano materiali magneto-resistivi o strutture ad effetto di Hall che però debbono essere potenziate con la deposizione di altro materiale magnetico per rilevare la direzione del campo magnetico terrestre.
Microsystems Baolab, una società catalana, ha annunciato di essere riuscita a realizzare un sensore di questo tipo sfruttando esclusivamente la tecnologia CMOS MEMS ed applicando il principio della forza di Lorenz. Il nuovo sensore denominato 3D Digital NanoCompass™ consente una drastica riduzione dei costi, presenta dimensioni molto contenute, consumi ridotti e si auto-calibra, mantenendo costante la precisione nel tempo.
Questo dispositivo è il primo prodotto che sfrutta la tecnologia Baolab NanoEMS™ che consente di definire gli elementi MEMS all’interno degli strati di interconnessione di metallo presenti nel wafer durante il normale processo di produzione su supporto CMOS.
I costi ridotti e le dimensioni microscopiche consentiranno l’impiego di questi dispositivi, oltre che negli smartphone, anche in numerosi altri oggetti di uso comune, come le scarpe, le racchette da tennis o le biciclette; inoltre l’integrazione con accelerometri e giroscopi consentirà di dotare di nuove funzionalità smartphone, console per videogiochi e terminali wireless.
“Col crescere della richiesta, spinta principalmente dal mercato dei dispositivi mobili, il costo delle bussole dovrebbe scendere a circa un dollaro e 50 centesimi e l’unico modo per raggiungere questo target di prezzo è quello di utilizzare la nostra tecnologia NanoEMS” ha affermato Dave Doyle, CEO di Baolab. “Inoltre, quando più sensori vengono integrati in un singolo chip per offrire più funzionalità, con la nostra tecnologia NanoEMS il risparmio diventa ancora più significativo”.
La struttura MEMS dei nuovi sensori Baolab utilizza una piastra di alluminio sospesa su molle, costruita usando gli strati di interconnessione del chip CMOS utilizzando un processo di incisione vapour HF su Inter Metal Dielectric (IMD). Quando una corrente passa attraverso la struttura è soggetta ad una forza (la forza di Lorentz) proporzionale al campo magnetico terrestre circostante. Lo spostamento risultante è rilevato misurando la capacità tra piastra mobile ed elettrodi nelle direzioni x, y e z sfruttando un unico chip NanoEMS.
I sensori ad effetto Hall funzionano bene per campi magnetici perpendicolari al chip (direzione z) ma meno bene nei piani x e y; inoltre non possono essere realizzati in toto con la tecnologia CMOS in quanto è necessaria una successiva lavorazione per depositare materiale magnetico sulla parte superiore del wafer per incrementare la sensibilità (Integrated Magnetic Concentrator). Questa ulteriore fase di lavorazione incrementa i costi di produzione, come nel caso dei dispositivi che utilizzano le tecnologie magnetoresistive AMR (Anisotropic Magnetoresistance) e GMR (Giant Magnetoresistance).
Altri vantaggi della tecnologia NanoEMS riguardano il basso consumo energetico grazie all’utilizzo di conduttori metallici attraverso i quali fluisce la corrente, la maggiore sensibilità garantita dal sistema di risonanza meccanico ed, infine, l’assenza di problemi legati alla saturazione magnetica.
Il principio della forza di Lorenz non è stato utilizzato in passato a causa del costo di produzione di sistemi MEMS con tecniche convenzionali; ora, con la tecnologia NanoEMS, questo ostacolo risulta ampiamente superato.
Essendo completamente compatibile ed integrato nel processo di produzione CMOS, la tecnologia NanoEMS rende ora possibile la fabbricazione di dispositivo molto più economici aprendo il mercato ad una nuova generazione di dispositivi mobili.
I campioni del nuovo BLBC3 NanoCompass-D saranno disponibili nel 2012 unitamente ad un kit di valutazione. Questo prodotto offre una risoluzione di 5 degree heading resolution a 13 bit per asse, e dispone di interfaccia seriale i2c o SPI. Il dispositivo sarà disponibile in contenitore DFN/0.5mm con dimensioni di 3x3x0.9mm oppure BGA da 2x2x0.75mm.
http://www.baolab.com/
