Федеральне агентство з освіти Російської Федерації
Новгородський державний університет ім. Ярослава Мудрого
Інститут Електронних та Інформаційних систем
Кафедра В«Проектування і технологія радіоапаратури В»
Реферат з навчальної дисципліни
В«Фізичні основи функціональної електроніки В»
по темі: В«Проектування і технологія радіоелектронних засобів В»
2010
Зміст
Введення
1. Мікроактюатори
2. Закони пропорційної мініатюризації
3. Критерії оцінки мікроактюаторов
4. Тертя і знос
5. Різні типи мікроактюаторов
6. Електростатичні актюатори
7. Магнітні актюатори
8. П'єзоелектричні актюатори
9. Гідравлічні актюатори
10. Теплові актюатори
11. Виготовлення МЕМС
12. Матеріали для МЕМС
13. Технології виробництва МЕМС
14. Застосування МЕМС
Висновок
Список літератури
Введення
мікроелектромеханічні системи або скорочено МЕМС - це безліч мікропристроїв найрізноманітніших конструкцій і призначення, вироблених подібними методами з використанням модифікованих групових технологічних прийомів мікроелектроніки. Об'єднує їх дві ознаки. Перший - це розмір, другий - наявність рухомих частин і призначення до механічних дій. В світі вони відомі під абревіатурою MEMS - MicroElectroMechanical Systems.
Це можуть бути:
В· мініатюрні деталі: гідравлічні й пневмо клапани, струменеві сопла принтера, пружини для підвіски головки вінчестера;
В· мікроінструменту: скальпелі та пінцети для роботи з об'єктами мікронних розмірів;
В· мікромашини: мотори, насоси, турбіни завбільшки з горошину;
В· мікророботів;
В· мікродатчиків і виконавчі пристрої.
Деякі з них вже виробляються у світі багатомільйонними тиражами, інші тільки розробляються і проходять випробування. З мікросітемамі пов'язують той технологічний ривок, який людство здійснить в 21 столітті, їм передрікають зробити такий же переворот, який зробила в 20 столітті мікроелектроніка.
мікротехнологій розвиваються на основі науково-технологічного заділу мікроелектроніки. Разом з тим, мікроелектромеханічні системи покликані активно взаємодіяти з навколишнім середовищем. Крім того, конструкції систем володіють вираженою тривимірністю. Від класичних механічних систем їх відрізняє розмір - матеріали в такому масштабі поводяться трохи інакше, ніж в об'ємному вигляді, хоча мікросистеми ще підкоряються законам класичної фізики, в відміну від наносистем. Тим не менш класична фізика пророкує для мікропристроїв особливі властивості. Все це вимагає ряду абсолютно нових підходів до проектування, виготовлення та матеріалами МЕМС. Нові завдання в проектуванні пов'язані з необхідністю розрахунку і моделювання не тільки завдань схемотехніки та логіки, а й сукупності проблем механіки твердого тіла, термопружності, газо-та гідродинаміки - порізно чи одночасно з'являються в виробі. Що стосується матеріалів, то незважаючи на те, що монокристалічний кремній - традиційний матеріал мікроелектроніки - має ряд унікальних властивостей, необхідні інші матеріали з новими поєднаннями електро-фізіко-механічних властивостей. Нові завдання технології пов'язані з найбільш характерними відмінностями мікросистем від виробів мікроелектроніки: якщо останні по суті двовимірні і механічно статичні, то мікросистеми - це реальні тривимірні структури, елементи яких повинні мати можливість відносного механічного переміщення. Ці нові властивості вимагають розвитку нових технологічних операцій для 3-D формоутворення.
Оскільки МЕМС розвиваються на стику безлічі галузей науки і техніки, вимагається участь в роботах фахівців самих різних областей знання, які могли б ефективно взаємодіяти. Координувати роботу таких груп повинні фахівці, які володіють знаннями у всіх основних предметних областях, мають відношення до створення мікросистем, а також володіють сучасною методикою реалізації інноваційної діяльності.
1. Мікроактюатори
Мікроактюатор (складова частина МЕМС) - це пристрій, який перетворює енергію в кероване рух. Мікроактюатори мають розміри від декількох квадратних мікрометрів до одного квадратного сантиметра. Діапазон застосування мікроактюаторов надзвичайно широкий і різний, і він постійно зростає. Вони використовуються в робототехніці, в керуючих пристроях, в космічної галузі, в біомедицині, дозиметрії, у вимірювальних приладах, в технології розваги, автомобілебудуванні та в домашньому господарстві.
Основні використовувані методи отримання активації (рух, деформація, приведення в дію) в таких пристроях можуть бути зведені до наступних: електростатичний, магнітний, п'єзоелектричний, гідравлічний і тепловий. Найбільш перспективними методами вважаються п'єзоелектричний та гідравлічний, хоча й інші мають важливе значення. Електростатична активація застосовується приблизно в однієї третини актюаторів, і, ймовірно, це найбільш загальний і добре розроблений метод, його головні недоліки це знос і злипання. Магнітні актюатори зазвичай вимагають відносно великий електричний струм (тобто багато енергії), також на мікроскопічному рівні при використанні електростатичних методів активації, одержуваний вихідний сигнал на відносну одиницю розмірності краще, ніж при використанні магнітних методів, тобто при одному і тому ж розмірі електростатичне пристрій видає більш хороший вихідний сигнал. Теплові актюатори теж споживають відносно велика кількість електричної енергії, і головний їх недолік в тому, що генерується тепло розсіюється. В даний час розробляються мікроактюатори, засновані на ефекті пам'яті форми, які можуть бути мінітюарізіровани до субмікронних розмірів.
При виготовленні і експлуатації МЕМС зустрічається маса особливостей і проблем, обумовлених малими розмірами - наприклад проблема сухого тертя, або небезпека поломки через сил поверхневого натягу. Тому проектування мікросистем надзвичайно важливий процес. Існує досить багато спеціальних програмних засобів , які дозволяють моделювати МЕМС пристрої.
2. Закони пропорційної мініатюризації
При вивченні мікросистем наслідки пропорційного зменшення розмірів представляють особливий інтерес. Тобто приймається, що всі розміри і кути залишаються у фіксованому співвідношенні один з одним, а змінюється тільки масштаб довжини, наприклад, припустимо ізометричний масштаб. Механічні процеси описуються відповідними характеристичними числами, які повинні залишитися незмінними, для того щоб процеси залишилися такими ж. Деякі характеристичні числа залежать від розміру системи, а інші незалежні від нього. Тут представлені лише деякі характеристичні числа, які особливо цікаві для застосування в мікросистемах.
Число Коші (пружні коливання)
Число Коші [Формула 1 (Мал. 1)] визначає співвідношення інерційних сил і сил пружності в твердому тілі, воно характеризує рух або вібрацію.
Число Коші залежить тільки від квадрата довжини L і частоти коливань П‰, а також від властивостей матеріалу (від щільності - ПЃ і модуля Юнга - Е).
При пружною вібрації, це, отже, має на увазі, що масштаб частоти коливань обернено пропорційний довжині.
З цього випливає, що механічні мікросистеми мають дуже високими власними частотами.
Хоча власні частоти обмежують робочий діапазон, миниатюризировать системи проявляють значно поліпшені динамічні характеристики і більш низький час реакції.
Рис. 1
Число Вебера (інерція, поверхневий натяг)
Число Вебера [Формула 2 (Рис.1)] визначено, як співвідношення інерційних сил і поверхневого натягу. Де u - це швидкість, ПЃ - щільність і Пѓ s - поверхневий натяг, для води значення Пѓ s
