PROIECT MEMSPROIECT MEMS

MICROACTUATORIMICROACTUATORI

STUDENT: STANESCU RAZVANSTUDENT: STANESCU RAZVANMASTER: AN IMASTER: AN I

SPECIALIZAREA: SISTEME MECATRONICE SPECIALIZAREA: SISTEME MECATRONICE AVANSATE IN INDUSTRIE SI MEDICINAAVANSATE IN INDUSTRIE SI MEDICINA

Ce inseamnă MEMS?Ce inseamnă MEMS?

Răspunsul scurt este Răspunsul scurt este “masini “masini microscopice”microscopice”MEMSMEMS-urile sunt sisteme -urile sunt sisteme integrate de dimensiuni mici integrate de dimensiuni mici care sunt alcătuite din care sunt alcătuite din elemente electrice şi elemente electrice şi mecanice. mecanice. MEMS-urile reprezintă sisteme MEMS-urile reprezintă sisteme complexe, care pot fi privite ca complexe, care pot fi privite ca dispozitive mecanice de dispozitive mecanice de dimensiuni foarte mici, dimensiuni foarte mici, integrând electronica aferentă. integrând electronica aferentă.

Multi oameni in domeniul MEMS impartasesc Multi oameni in domeniul MEMS impartasesc aceasi credinta ca dinamica structurala este aceasi credinta ca dinamica structurala este foarte importanta in proiectarea dispozitivelor foarte importanta in proiectarea dispozitivelor MEMS si care furnizeaza atat oportunitati cat si MEMS si care furnizeaza atat oportunitati cat si provocari pentru cercetatorii din domeniuprovocari pentru cercetatorii din domeniu..

Impreuna cu oportunitatile, MEMS pun cateva Impreuna cu oportunitatile, MEMS pun cateva mari provocari pentru modelare, manipulare si mari provocari pentru modelare, manipulare si testare a caracteristicilor dinamice ale testare a caracteristicilor dinamice ale microdispozitivelor.microdispozitivelor.

Fabricarea MEMS-urilorFabricarea MEMS-urilor

Fabricatia structurilor de tip MEMS este similara Fabricatia structurilor de tip MEMS este similara cu fabricatia conventionala a microcircuitelor cu fabricatia conventionala a microcircuitelor integrate la care se adauga o serie de tehnologii integrate la care se adauga o serie de tehnologii specifice. Astfel, structurile MEMS sunt, în specifice. Astfel, structurile MEMS sunt, în general structuri multistrat realizate prin general structuri multistrat realizate prin succesiuni de procedee de depunere pe o succesiuni de procedee de depunere pe o structura de baza si de corodare cu diverse structura de baza si de corodare cu diverse tehnologii, tehnologii numite generic tehnologii, tehnologii numite generic ""micromachining".micromachining".Exista doua mari categorii de tehnologii de Exista doua mari categorii de tehnologii de prelucrare:prelucrare: Surface micromachining Surface micromachining si si Bulk Bulk micromachiningmicromachining

Microprelucrări de suprafaţă – Microprelucrări de suprafaţă – surface micromachining surface micromachining Acestea presupun prelucrarea la Acestea presupun prelucrarea la nivelul straturilor depuse pe un nivelul straturilor depuse pe un substrat şi se bazează pe substrat şi se bazează pe procese de corodare selectivă a procese de corodare selectivă a unor straturi, supranumite şi unor straturi, supranumite şi straturi de sacrificiu, realizându-straturi de sacrificiu, realizându-se astfel structuri mecanice se astfel structuri mecanice suspendate suspendate (de tip lamele, bride, (de tip lamele, bride, etc., întâlnite la microsenzori) etc., întâlnite la microsenzori) sau sau mobile mobile (roţi, discuri, (roţi, discuri, balamale, etc., întâlnite la balamale, etc., întâlnite la micromotoare, microactuatori, micromotoare, microactuatori, etc.). etc.).

Microprelucrarea in volum – bulk Microprelucrarea in volum – bulk micromachiningmicromachiningTehnica de microprelucrare în volum a Tehnica de microprelucrare în volum a fost dezvoltată în anii '60 si permite fost dezvoltată în anii '60 si permite structurarea siliciului pe trei dimensiuni. structurarea siliciului pe trei dimensiuni. Cu această tehnică se pot obtine Cu această tehnică se pot obtine componente micromecanice direct din componente micromecanice direct din placheta de siliciu, având un raport de placheta de siliciu, având un raport de aspect (lătime/înăltime) ridicat. aspect (lătime/înăltime) ridicat.

MicroactuatoriMicroactuatori

Microactuatorii Microactuatorii reprezintă dispozitive cu reprezintă dispozitive cu mărimea de la câţiva mărimea de la câţiva microni la câţiva microni la câţiva centimetri şi care centimetri şi care materializează un materializează un principiu funcţional principiu funcţional aplicabil în lumea micro. aplicabil în lumea micro. Microactuatorii includ, de Microactuatorii includ, de asemenea, acei asemenea, acei actuatori care sunt actuatori care sunt fabricaţi folosind fabricaţi folosind tehnologiile specifice tehnologiile specifice micromecanicii. micromecanicii.

Actuatorul pieptene poate fi Actuatorul pieptene poate fi configurat lateral sau configurat lateral sau transversal. Într-un actuator transversal. Într-un actuator pieptene lateral, un set mobil pieptene lateral, un set mobil (rotor) şi un set fix (stator) de (rotor) şi un set fix (stator) de degete de pieptene sunt degete de pieptene sunt pereche constand dintr-o pereche constand dintr-o polarizare in c.c. si o comanda polarizare in c.c. si o comanda in c.a. O pereche de degete, in c.a. O pereche de degete, care definesc o celulă a unui care definesc o celulă a unui actuator lateral pieptene este actuator lateral pieptene este prezentata în figuraprezentata în figura

O metodă de actionare prin O metodă de actionare prin impingere-tragere, realizata impingere-tragere, realizata prin utilizarea unui set de prin utilizarea unui set de piepteni similari dar opusi asa piepteni similari dar opusi asa cum se arată în figura. poate fi cum se arată în figura. poate fi utilizata pentru a anula al utilizata pentru a anula al doilea termen al fortei doilea termen al fortei electrostatice generate. electrostatice generate.

Figura arată un actuator Figura arată un actuator pieptene transversal, pieptene transversal, care este larg utilizat care este larg utilizat pentru a sesiza pentru a sesiza deplasari foarte mici deplasari foarte mici datorita capacitatii sale datorita capacitatii sale înalte de sensibilitate la înalte de sensibilitate la miscarea transversală, miscarea transversală, în comparatie cu în comparatie cu structurile pieptene structurile pieptene laterale. laterale.

MMicroactuatorii care icroactuatorii care utilizează energia utilizează energia optică, prin intermediul optică, prin intermediul fibrelor optice, sunt de fibrelor optice, sunt de interes în multe aplicaţii. interes în multe aplicaţii. O secţiune transversală O secţiune transversală a unui astfel de a unui astfel de microactuator, constând microactuator, constând într-o microcelula de într-o microcelula de siliciu care conţine un siliciu care conţine un lichid şi un absorbant de lichid şi un absorbant de lumină, este prezentată lumină, este prezentată în figuraîn figura alaturata. alaturata.

Microcelula este Microcelula este ermetic închisă cu o ermetic închisă cu o membrană elastică, membrană elastică, pătrată, aceasta este pătrată, aceasta este sub tensiune mecanică sub tensiune mecanică şi se curbează spre şi se curbează spre interior în stare iniţială. interior în stare iniţială.

În figura În figura alaturataalaturata sunt sunt prezentate cele două prezentate cele două stări ale membranei. stări ale membranei.

O membrană mecanica este definita aici ca o O membrană mecanica este definita aici ca o diafragmă cu stres initial mare, având o diafragmă cu stres initial mare, având o deformare sub presiune determinată în principal deformare sub presiune determinată în principal de stresul iniţialde stresul iniţial În plus, faţă de diafragmele plane convenţionale, În plus, faţă de diafragmele plane convenţionale, diferite diafragme ondulate, au fost folosite de diferite diafragme ondulate, au fost folosite de asemenea, de comunitatea MEMS, pentru asemenea, de comunitatea MEMS, pentru diferite aplicatii ale dispozitivelor.diferite aplicatii ale dispozitivelor.

Tipuri de microactuatoriTipuri de microactuatori

Microactuatori electrostaticiMicroactuatori electrostatici

Microactuatori piezoelectriciMicroactuatori piezoelectrici

AplicatiiAplicatii

Un micromotor nou, extrem Un micromotor nou, extrem de scalabil și cu un cuplu de scalabil și cu un cuplu foarte mare pentru aplicații foarte mare pentru aplicații MEMS şi MOEMS folosind MEMS şi MOEMS folosind rectificarea mecanică a rectificarea mecanică a mişcării de oscilaţiemişcării de oscilaţie..

Caracteristica sa de Caracteristica sa de funcţionare este destul de funcţionare este destul de bogată şi scoate la iveală bogată şi scoate la iveală diferite moduri de excitare. diferite moduri de excitare.

O alta aplicatie a O alta aplicatie a microactuatorilor este DMD microactuatorilor este DMD sau „Digital Micromirror sau „Digital Micromirror Device”. Device”. AAcest dispozitiv combina cest dispozitiv combina oglinzile din aliaj de oglinzile din aliaj de aluminiu, actuatori aluminiu, actuatori electrostatici pe baza de electrostatici pe baza de siliciu, si microelectronica siliciu, si microelectronica din siliciu pentru a crea un din siliciu pentru a crea un „intrerupator de lumina”. „intrerupator de lumina”.

Concluzii Concluzii

MEMS au capacitatea de a impacta aproape MEMS au capacitatea de a impacta aproape orice domeniu tehnic. Dimensiunile lor mici, orice domeniu tehnic. Dimensiunile lor mici, volumul mare şi prețul redus permit crearea unei volumul mare şi prețul redus permit crearea unei serii de senzori de unică folosinţă şi dispozitive. serii de senzori de unică folosinţă şi dispozitive. Ele pot interacţiona cu mediul la nivel molecular Ele pot interacţiona cu mediul la nivel molecular pentru a atinge noi obiective. pentru a atinge noi obiective.

Cu toate acestea, tehnologia MEMS este încă în Cu toate acestea, tehnologia MEMS este încă în faza de început a dezvoltării. Este capabilă de faza de început a dezvoltării. Este capabilă de revoluționarea multor tehnologii și poate aduce revoluționarea multor tehnologii și poate aduce multe beneficii în toate domeniilemulte beneficii în toate domeniile

VA MULTUMESC!VA MULTUMESC!