Mems eller mikroelektromekaniska system har idag hittat tillämpningar som blodtrycksmätare i medicinindustrin, speglar i projektorer och som accelerometrar i bilindustrin. Men små mekaniska strukturer kan också användas som byggblock i en radio. I forskningslaboratorier runt om i världen finns idag memskomponenter som kan ersätta elektroniska switchar, radiofilter, spolar och kondensatorer i sändare

och mottagare. Men genombrottet, och kommersiella produkter, låter ännu så länge vänta på sig.

- Det gäller inte bara att ta fram en komponent. Den måste kunna massproduceras också, säger Shu-Ang Zhou som samordnar Ericssons arbete när det gäller rf-mems.

Han, och Ericsson, är inte intresserade bara av ett fåtal komponenter utan för att rf-mems ska vara intressant måste det gå att ta fram komponenter med bra prestanda till vettiga priser, i serier som räcker för massproducerade mobiltelefoner. Ericsson tittar idag både på rf-switchar för smarta antenner och på filter, spolar och kondensatorer i mems-strukturer.

- Jag tror att mems först hamnar i terminalerna eftersom tekniken gör det möjligt att få ner både energiförbrukningen och storleken. I basstationen är energiförbrukningen och storleken inte lika viktig.

Orsakerna till att Shu-Ang Zhou i likhet med många andra sätter så stort hopp till rf-mems är att det går att göra konstruktioner där energiförlusterna är försumbara jämfört med dagens elektriska lösningar. Ett exempel är en diod- eller transistorswitch som ersätts av en mekanisk switch i en antenn. Där dioden hela tiden drar effekt fungerar den mekaniska switchen som ett vanligt relä. Dessutom har memskomponenter bra linjäritet och hög bandbredd, vilket är betydelsefullt för kommande bredbandiga radiokommunikationssystem.

Långsammare än elektronik

Nackdelen är att mekaniken är långsammare än elektroniken, men för att växla antennelement i en smart antenn är den snabb nog.

Det är inte bara energivinsterna som gör att Shu-Ang Zhou tror att telefonen blir första platsen för rf-mems.

- Också osäkerheten om hur pålitliga komponenterna är gör att de hamnar i terminalerna först. En terminal kanske man har i två tre år, en basstation ska hålla betydligt längre.

Edvard Kälvesten som är vd på svenska memsföretaget Silex tror däremot att basstationen kan bli det första stället där rf-mems kommer till användning.

- Det blir svårt prismässigt att ersätta befintliga komponenter i mobiltelefoner. I basstationen däremot kan det få kosta mer.

Hans företag driver ett projekt med rf-mems tillsammans med en inte namngiven kund. De räknar precis som Ericsson med att det ska finnas produkter framme inom tre år.

- Rf-mems är den av våra produkter som kräver längst startsträcka, berättar Kälvesten.

Enligt Shu-Ang Zhou planerar Ericsson inte att tillverka några egna rf-memskomponenter. I stället samarbetar man med tänkta underleverantörer som till exempel Philips Semiconductor. Så gör företaget med de flesta av sina komponenter men på memsområdet kan samarbetet kräva mer.

- Det är lite annorlunda eftersom det är ett helt system. Då måste systemingenjören arbeta tillsammans med komponenttillverkaren.

Europaprojekt

Samarbetet med Philips sker bland annat genom det nystartade EU-projektet "Mems2tune" som ska bedrivas under tre år och som syftar till att ta fram switchar och justerbara kondensatorer. Joost van Beek på Philips leder det projektet och är precis som sin Ericssonkollega övertygad om att framtiden ligger i massproducerade mems för mobiltelefoner.

- Philips är mest intresserade av tillämpningar för massproducerad elektronik och marknaden för rf-mems finns där om du bara kan göra en tillräckligt billig och pålitlig produkt. Jag tror inte att en switch i rf-mems skulle behöva bli dyrare än motsvarande diodswitch.

För Philips ligger fokus i utvecklingsarbetet på att ta fram memsprodukter som kan tillverkas i en process som ligger så nära den standardprocess de redan använder som möjligt.

- Vi anser att det är små modifikationer som behövs för att kunna köra mems och anstränger oss för att ändra så lite som möjligt, säger Joost van Beek.

Vid sidan av att anpassa produktionen för rf-mems ligger den stora utmaningen för Philips och de andra tillverkarna i att hitta kapslingar som är tillräckligt billiga och bra för att skydda de mekaniska bitarna.

- Idag saknas en bra standardkapsling för mems, säger Joost van Beek.

Inom Mems2tune-projektet är det forskningsinstitutet Imec som arbetar med kapsling. Men också Philips har projekt på gång där man försöker bygga upp en kapsel direkt på kiselskivan samtidigt som memskretsen tillverkas.

Tror på produktion i år

Problemet för de små switcharna är till exempel fukt och syre som kan orsaka att de korroderar och kanske fastnar i ett läge. Men även för andra strukturer som resonatorer är kapslingsfrågan ett problem.

På grund av resonatorernas litenhet kan den omgivande luften påverka hur bra de svänger så därför satsar man på att ha vakuum i förpackningen.

Joost van Beek tror att det kan finnas produkter som använder rf-memsteknik ute på marknaden redan i år, men inte från Philips. Vilket företag som blir först vill han inte berätta men han tror att de första produkterna kommer att vara switchar.

Ett annat företag som haft projekt med rf-mems är antenntillverkaren Allgon. Men där ligger utvecklingen på is sedan en tid tillbaka.

- Marknaden är mer närtidsfokuserad och mindre riskbenägen idag när vi har ett år utan tillväxt bakom oss. Fungerande mems till en rimlig kostnad ligger längre bort och vi är mindre aktiva just nu när det gäller rf-mems, säger Björn Berndtsson på Allgon Mobile Communications.

Motorola, som tidigare haft memsprojekt tillsammans med Allgon, har tagit fram en switch som de nu kör hållbarhetstester på i sina laboratorier.

- Vi har demonstrerat switchar som klarar tio miljarder växlingar utan att gå sönder, säger Regina Cirmonova, presstaleskvinna på Motorola Semiconductors produktavdelning i Genève.

Inför framtiden är drömmen bland forskarna att kunna integrera mems och elektronik på samma platta.

- Det är svårt att få det att fungera, varje del i tillverkningskedjan försvagar den, säger Peter Enoksson som är professor i mikrosystem på Chalmers.

- Idag är komponenterna oftast en kombination, kanske i samma kapsel. Men vi tittar på vilka sätt som är bäst för att integrera dem som till exempel flip-chip eller multichipmoduler.