สมสกุล เผ่าจินดามุข

ลองกวาดสายตามองไปรอบๆ จะพบว่ามีอุปกรณ์ตรวจจับที่เรียกว่า "เซนเซอร์" ซุกซ่อนอยู่ไม่ที่ใดก็ที่หนึ่ง

ในห้องแอร์ เซนเซอร์อุณหภูมิคอยตรวจวัดระดับ ความเย็นไม่ให้ต่ำหรือเกินระดับที่ตั้งไว้ ซึ่งจะช่วยยืด อายุการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ ในห้องพักของโรงแรม และสถานที่ต่างๆ ที่ได้ติดตั้ง เซนเซอร์ตรวจวัดควัน ที่พร้อมจะส่งสัญญาณเตือน หรืออาจสั่งให้เปิดวาลว์น้ำที่เดินท่อไว้สำหรับดับเพิลงอัตโนมัติ แต่อุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า "เครื่องกลจิ๋ว" กำลังเข้ามามีบทบาท และแย่งงานเซนเซอร์รุ่นเก่ามากขึ้น ด้วยประสิทธิภาพที่ให้ความแม่นยำมากกว่า และมีรูปแบบการใช้งานได้หลายหลายกว่า โดยสามารถทำงานประสานได้สอดประสานกับวงจรไฟฟ้าที่ถูกย่อส่วนเล็กลงเช่นเดียวกับ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวงจรรวม

ดร.ภาวัณ สยามชัย นักวิจัยประจำศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (TMEC) ภายใต้สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือสวทช. ซึ่งคลุกคลีกับเทคโนโลยีเมมส์มาตั้งแต่เริ่มสร้างอาคารทีเม็กซ์ เมื่อ 7 ปีที่แล้ว ชี้ให้เห็นว่า กำเนิดของเมมส์ (Micro-Electro-Mechanical Systems) นั้นเกิดขึ้นเกือบจะพร้อมๆ กับยุคของไอซี "เมมส์ยุคแรก จะเป็นเซนเซอร์ที่ไม่เคลื่อนไหว ต่อมาเริ่มมีการเคลื่อนไหวบ้างเล็กน้อยอย่าง เซนเซอร์วัดแรงดันหรือที่เรียกว่าเพรสเซอร์เซนเซอร์ในยุคแรก แต่ไม่ได้เคลื่อนไหวเหมือนกับเฟืองเกียร์ ขณะที่เมมส์ในยุคหลังๆ จะมีการขยับของแขน หรือเฟืองถ้าเป็นเกียร์ก็มีเพลาที่หมุนได้" ดร.ภาวัณ กล่าว

เทคโนโลยีเมมส์ นั้นเป็นชุดอุปกรณ์ขนาดเล็กที่รวมระบบระบบกลไกเข้ากับระบบวงจรรวมทางอิเล็กทรอนิกส์ โดยทั้งสองระบบนี้วางอยู่บนฐานเดียวกัน ซึ่งปกติก็คือ ซิลิกอนที่ใช้เป็นฐานสำหรับวงจรรวมอยู่แล้ว นอกจากนี้กระบวนการผลิตเมมส์ ยังมีกระบวนการการผลิตที่ร่วมกับการผลิตวงจรรวม แม้แต่เครื่องจักรใช้ในการผลิต

โดยภาพรวมแล้ว เมมส์มักนิยมใช้เป็นเซนเซอร์ขนาดเล็ก หรือมินิเซนเซอร์ อย่างเช่นเซนเซอร์วัดแรงกระแทกขนาดเล็กในถุงลมนิรภัย ซึ่งทำให้ต้นทุนการผลิตชุดถุงลมนิรภัยมีราคาถูกลงกว่าการใช้เซนเซอร์สมัยก่อนมาก หรือพวกเซนเซอร์วัดแรงดัน เซนเซอร์วัดกำลังแม่เหล็ก เซนเซอร์ตรวจจับสารเคมี แต่เมมส์ยังถูกนำมาใช้งานด้านอื่นๆ ด้วย เช่น ใช้เป็นวาวล์ขนาดจิ๋ว กระจกสะท้อนจิ๋ว ปั๊มขนาดจิ๋ว ชุดเคราะห์สารเคมี เป็นต้น

หากเปรียบเทียบกันแล้ว ส่วนของวงจรรวมหรือไอซีเปรียบเสมือนกับ "สมอง" ของระบบ ขณะที่เมมส์เปรียบเสมือนกับ "อวัยวะ" ที่มีความสามารถในการมองเห็น และขยับแขนขา เพื่อช่วยให้ระบบสามารถตัดสินใจในการดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่ง โดยตัวไมโครเซนเซอร์จะทำหน้าที่รวบรวมข้อมูลจากสภาพแวดล้อมต่างๆ โดยอาศัยการวัดระยะจากการขยับตัวของกลไก จากความร้อน จากสารชีวภาพ และสารเคมี จากแสง และคลื่นแม่เหล็ก ในอุตสาหกรรมไอทีเอง ปัจจุบันเริ่มนำเอาเทคโนโลยีเมมส์มาใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ ยกตัวอย่าง ฮาร์ดดิสก์รุ่นล่าสุดที่มีขนาดเล็กมาก แผ่นแม่เหล็กจะถูกนำมาจัดเรียงตัวกันชิดมากจนหัวอ่านธรรมดาที่ใช้ระบบเซอร์โวไม่สามารถขยับไปยังตำแหน่งที่ต้องการอ่านได้ละเอียดขนาดนั้น จึงมีการนำเอาไมโครเซอร์โวมาใช้งาน หรือพวกอุปกรณ์อย่างเครื่องพิมพ์หมึกพ่น หรืออิงค์เจ๊ต ที่มีความสามารถพ่นหมึกในขนาดที่เล็กมากๆ จะมีฮีตเตอร์สำหรับตัดหมึกก่อนที่จะพ่นออกมาจากเครื่องพิมพ์

"ที่เรียกว่า ไมโครแมคานิคอล หรือเครื่องกลจิ๋วก็คือ ของขนาดใหญ่ทำอะไรได้ ของขนาดเล็กก็ทำได้เช่นกันบนชิพซิลิกอน ไม่ว่าจะเป็นการหมุน การพับ การยก ซึ่งทำให้เกิดแอพพลิเคชั่นใหม่ๆ เต็มไปหมด สมัยก่อนเราทำแต่วงจรไฟฟ้า โดยย่อหลอดสุญญากาศขนาดใหญ่เหมือนที่เห็นในทีวีที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบหลอดรุ่นเก่าให้เล็กลง เพื่อให้วงจรขนาดเท่าห้องเหลือขนาดเพียงนิ้วเดียว แต่ปัจจุบันเมื่อเกิดเทคโนโลยีไอซีขึ้น ทำให้เกิดความคิดที่จะรวมเอากลไกขนาดเล็กเข้าเป็นส่วนหนึ่งเพื่อนำไปใช้งานในลักษณะต่างๆ " ดร. ภาวัณกล่าว

การประยุกต์ใช้เมมส์ครอบคลุมสาขาต่างๆ มากมาย ส่วนใหญ่จะเป็นในด้านเซนเซอร์ แต่ตลาดทางด้านไมโครแอคทูเอเตอร์ ซึ่งได้แก่พวกเฟืองหรือแขนกล กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วเช่นกัน มีผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าตลาดเซนเซอร์เมมส์ จะสูงถึง 7,100 ล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2547 โดยเติบโตจากมูลค่า 3,100 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2542

ตัวอย่างการนำไปใช้งานของเซนเซอร์เมมส์ ได้แก่

Pressure sensor เป็นกลุ่มแรกที่มีการผลิตในเชิงพาณิชย์ มีการนำไปอย่างแพร่หลายมาก เช่น การวัดความดันโลหิตโดยตรง เป็นเซนเซอร์ในเส้นเลือด หรือการวัดความดันลมยางรถยนต์

Flow sensor เป็นเซนเซอร์ที่ใช้วัดการไหลของแก๊ส หรือของเหลว ตัวอย่างการนำไปใช้งานได้แก่ ใช้เป็นอุปกรณ์ควบคุมการให้ยาทางเส้นเลือดแก่ผู้ป่วย ซึ่งสามารถจำกัดปริมาณ ของยาตามที่ผู้ป่วยจำเป็น ต้องใช้เพื่อรักษาโรคเท่านั้น นอกจากจะช่วยลดค่ายาแล้ว ยังช่วยให้ผู้ป่วยไม่ตอ้งรับยาเกินขนาดด้วย

Accelerometers เป็นเซนเซอร์ที่ใช้วัดอัตราเร่ง มักนำไปใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์เป็นหลัก ในรถยนต์หนึ่งคันจะใช้เซนเซอร์วัดอัตราเร่งอยู่ในระบบต่างๆ อาทิ ถุงลมนิรภัย เซนเซอร์ดังกล่าวจะวัดว่ามีการหยุดรถอย่างกะทันหันเกิดกว่าในระดับที่ปลอดภัยหรือไม่ ในระบบสั้นสะเทือนจะใช้เซนเซอร์วัดอัตราเร่งวัดค่าความสะเทิอน และในระบบนำทางก็จะมีเซ็นเซอร์ชนิดนี้อยู่เช่นกัน

เมมส์อีกชนิดหนึ่งที่จัดอยู่ในกลุ่มของแอคทูเอเตอร์คือ ไมโครมิลเลอร์ มีลักษณะเป็น กระจกสะท้อนแสงขนาดเล็ก ส่วนใหญ่ทำจากอะลูมิเนียม กระจกเหล่านี้จะถูกบังคับให้หันในทิศทางที่ต้องการได้ด้วยแรงจากไฟฟ้าสถิต ในเชิงพาณิชย์ บริษัทเท็กซัส อินสทรูเมนส์ ได้ผลิตไมโครมิลเลอร์ หรือกระจกจิ๋วปีละ 1.3 ล้านชิ้น เพื่อใช้ในเครื่องโปรเจคเตอร์ ทั้งระบบขาวดำ และระบบสี

ข้อดีประการหนึ่งของเมมส์คือ เทคโนโลยีนี้จะสามารถผลิตได้เป็นจำนวนมากๆ ในแต่ละครั้ง เหมือนการผลิตวงจรรวมทั่วไป ทำให้ราคาต้นทุนในการผลิตของแต่ละชิ้นงานก็จะหารเฉลี่ยกัน และราคาขายต่ำลง บวกกับความสามารถในการเพิ่มรูปแบบการทำงาน (functionality) และความเสถียร (reliability) เมมส์จึงมีความน่าสนใจทั้งด้านการวิจัยและเชิงพาณิชย์ สำหรับประเทศไทย ได้มีการดำเนินการวิจัยและพัฒนาเมมส์มาระยะหนึ่งแล้ว แต่ยังเป็นระดับงานวิจัยเป็นส่วนมาก เช่น ในหมาวิทยาลัยต่างๆที่มีห้องทดลองทางด้านสารกึ่งตัวนำ ส่วนในเนคเทคเองก็มีกลุ่มนักวิจัยทางด้านนี้เช่นกัน ลงานในประเทศไทยส่วนใหญ่จะเป็นทางด้าน เซนเซอร์ชนิดต่างๆ เช่น เซนเซอร์วัดความดัน และ เซนเซอร์วัดสารเคมี แต่ก็มีผลงานทางด้านแอคทูเอเตอร์ออกมาบ้างเช่นกัน เช่น opto-MEMs ซึ่งนำ เมมส์มาใช้ในระบบสื่อสารด้วยแสง

ศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล้กทรอนิกส์ หรือทีเม็กซ์ เป็นหน่วยงานสำคัญที่มีนักวิจัยที่ดำเนินการศึกษา วิจัย และพัฒนาเมมส์มาตั้งแต่ระยะแรก แม้ว่าเดิมจะเน้นไปทางด้านงานวิจัยและพัฒนาการผลิตวงจรรวมซีมอส ซึ่งจะถือว่าเป็นวัตถุประสงค์หลักในการก่อตั้ง TMEC ตั้งแต่เริ่มแรก แต่ในอนาคตมีแนวโน้มว่า การผลิตเมมส์จะเป็นกระแสหลักที่ช่วยเพิ่มศักยภาพให้กับทีเม็กซ์ เนื่องจกาเมมส์ที่ทำจะเป็นชนิดที่สามารถควบรวมกับวงจรซีมอส ได้ หรือใช้ขั้นตอนการสร้างที่เหมือนกันกับที่มีอยู่ในทีเม็กซ์ "จุดยืนของทีเม็กซ์เราจะเป็นในส่วนของผู้ผลิตงานต้นแบบและงานเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานจาคทางภาคมหาวิทยาลัยและ เอกชนที่ไม่มีห้องสะอาดเป็นของตนเอง เนื่องจาก ทีเม็กซ์สามารถสร้างแม่พิมพ์ได้เอง ทำให้ย่นระยะเวลาในการผลิตไปได้มากกว่าบริษัทรับผลิตโดยทั่วไป

ผลงานการวิจัยจของทีเม็กซ์ที่เกี่ยวกับ เมมส์" ดร.ภาวัน กล่าว

ทั้งนี้ ทีเม็กซ์ ได้แสดงฝีมือในการทำอุปกรณ์สำหรับใช้ประกอบเป็นเมมส์ชิ้นแรกให้กับ บริษัท Sony (Singapore) ซึ่งได้ว่าจ้างให้ทีเม็กซ์ทำงานวิจัย เป็นการสร้างลวดลายขนาดต่างๆ ด้วยขบวนการถ่ายแบบ (Lithography) ด้วย Photoresist ชนิดหนาบนกระจกที่เคลือบชั้นโลหะ เส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 1.2 เซนติเมตร เพื่อเป็นส่วนประกอบในการประดิษฐ์เมมส์ ดร.ภาวัณกล่าวถึงโปรเจ็คนี้ว่า ค่อนข้างทำยากมาก เนื่องจากมีขนาดที่เล็กมาก เรียกได้ว่าไม่สามารถใช้เครื่องมืออัตโนมัติได้เลย จึงต้องทำด้วยมือ ขณะเดียวกันต้องอาศัยคนที่มีความรู้ด้านการฉายแสงด้วย "พูดได้ว่า เราเอานักวิจัยมาคิดและแก้ปัญหา จนประสบผลสำเร็จ ซึ่งถ้าเป็นโรงงานขนาดใหญ่จะทำไม่ได้เลย หรือถ้าทำที่สิงคโปร์จะต้องเสียค่าจ้างทำมหาศาล ขณะที่ทีเม้กซ์ของเราทำได้ในต้นทุนที่ถูกมาก" นักวิจัยประจำศูนย์ทีเม็กซ์กล่าว นอกจากนี้ อีกโครงการหนึ่งที่อยู่ระหว่างการดำเนินการ และเป็นโครงการที่ค่อนข้างเต็มรูปแบบมากกว่าโครงการแรก เป็นงานที่ได้รับการว่าจ้างจากบริษัท RADI (Sweden) ให้ทดลองสร้างเซนเซอร์วัดแรงดันเพื่อใช้ในการวัดความดันโลหิต ทั้งก่อนและหลังการผ่าตัดเปิดเส้นเลือดที่อุดตันด้วยการใช้บอลลูนสำหระบผู้ป่วยที่เป็นโรคเส้นเลือดหัวใจ

จากงานสเกลไม่ใหญ่นักที่เข้ามาสองงาน และเมื่อพิจารณาจากแนวโน้มของอุตสาหกรรมแล้ว ทำให้เห็นแนวโน้มว่าทีเม็กซ์กำลังจะเบนเข็มไปที่การผลิตเมมส์ ซึ่งเป็นอุตสาหกรรมที่ไม่จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีผลิตวงจรระดับนาโนชั้นสูงที่หลายประเทศไปไกลแล้ว แต่ด้วยเทคโนโลยีผลิตเวเฟอร์ 6 นิ้ว ด้วยขนาดวงจร 0.5 ไมครอนที่ทีเม็กซ์ผลิตได้ ซึ่งจัดว่าอยู่ในระดับกลางๆ แต่สามารถตอบสนองงานได้หลากหลายอุตสาหกรรม "ในปี 2547 เราามารถทำวงจรซีมอส 0.5 ไมครอน ขณะที่ในระดับโลกเขาทำกันในระดับ 0.1 นาโนเมตรกันแล้ว แต่สำหรับตลาดรถยนต์ หรือนาฬิกายังใช้เทคโนโลยีการผลิตระดับ 5 ไมครอนอยู่ เท่ากับเทคโนโลยีที่เรามีใช้อยู่ในระดับกลางๆ สามารถทำไมโครคอนโทรลเลอร์ และสมาร์ทการ์ดได้ ในแง่กำลังการผลิต เราสามารถผลิตได้ 500 แผ่นต่อเดือน" นักวิจัยทีเม็กซ์กล่าว ทีเม็กซ์เป็นโรงงานต้นแบบสามารถผลิตได้ในจำนวนหนึ่ง แต่ก็สามารถเลี้ยงตัวเองในระดับปฏิบัติงานได้ ซึ่งถือว่าเป็นเป้าหม่ายเบื้องต้นของศูนย์วิจัยแบะพัฒนาทั่วโลก ที่ต้องมีรายได้เข้ามาเสริม ขณะเดียวกันจำเป็นต้องอาศัยงบของรัฐบาลเข้ามาช่วยด้วย สิ่งนี้เองทำให้นักวิจัยของทีเม็กซ์ ต้องคอยมองหางานมาป้อนให้กับศูนย์ด้วย

"ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมาสิ่งที่รัฐบาลไทยต้องการคือ สมาร์ทชิพ และอาร์เอฟไอดี แต่ในที่สุดแล้ว ตลาดพื้นฐานที่สุดที่ทำให้ทีเม็กซ์ สามารถตอบสนองกับประเทศไทยและรอบข้างได้ ตอนนี้อาจจะกลายเป็นเมมส์ " ดร.อดิสร กล่าวอย่างฟันธง เขากล่าวว่า ข้อดีของทีเม็กซ์อยู่ที่ความคล่องตัว ทำให้สามารถรับงานได้หลากหลาย ถ้าเป็นโรงงานขนาดใหญ่สามารถทำไอซี หรือซีมอสได้อย่างเดียว ถ้าลงมาถึงขั้นนี้แล้วจะรับงานในระดับระดับล้านตัว แต่ทีเม็กซ์ ซึ่งมีขนาดเล็กสามารถรับงานตามสั่ง และทำในปริมาณจำกัดได้ ซึ่งนับเป็นข้อได้เปรียบสำคัญ ที่สำคัญ ยิ่งไปกว่านั้น ดร.ภาวันกล่าวว่า ค่าแรงของเรายังถูกมากเมื่อเทียบกับคนมีความรู้ระดับเดียวกันในต่างประเทศ "บุคคลากรระดับปริญญาเอกของเรา เทียบค่าแรงแล้วค่าแรงสามารถสู้กับมาเลเซียสิงคโปร์ได้สบาย อาจจะดีกว่าด้วยซ้ำในแง่บุคคลากร ความสามารถไม่ได้แพ้กันเลย สิ่งนี้เป็นแรงผลักดันสำคัญอย่างหนึ่ง ไม่ใช่ว่ามีเครื่องมืออุปกรณ์ แต่คิดอะไรเองไม่ได้ ต้องทำตามสั่งอย่างเดียว กดปุ่มอย่างเดียว คงไม่มีประโยชน์ ที่จะมาพูดถึงความคล่องตัว แต่เราสามารถตอบรับความต้องการของลูกค้าได้ หลากหลาย"

ที่มา : กรุงเทพธุรกิจ  (SciTech) ฉบับวันที่ 30 กันยายน 2547