Rezgő MEMS struktúrák rezgésének vizsgálata Jámborházi Szilárd Konzulens: Rencz Márta 2009.03.20

Tartalomjegyzék State of the art A probléma A MEMS tokozás és a környezet interakciójának detektálása Lézervibrométeres mérés A hőmérséklet hatása Rezonancia frekvencia Hullámterjedés Rezgéscsökkentő technikák Ha a tervezés csődöt mondott Piezoelektromosság és kristálystruktúra

State of the art A MEMS eszközök fejlődésével mindig más / új hatások korlátozzák a teljesítőképességet Villamos zaj Hőmérsékleti viselkedés EMC A kitöltő gáz vagy folyadék keltette csillapítás, zaj Adszorpció Gyártási paraméterek ingadozása A rezgő MEMS struktúra és a felhasználói áramkör kölcsönhatása szürke terület A rezgő tömeg berezgeti az egész eszközt A MEMS nyákra való beültetése után a rezgési tulajdonságok alaposan megváltozhatnak

A probléma A rezgő MEMS eszköz tesztelése foglalatban Vizsgálat a teljes hőmérsékleti tartományban A rezgő MEMS beültetése nyákra Ezt ismételd meg 100.000 < termékkel A hiba csak a legutolsó gyártási fázisban jelentkezik A szerelt termék újrakalibrálása nehézkes vagy nem megoldható Kis kiesési arány is magas selejtköltséghez vezet!

A MEMS tokozás és a környezet interakciójának detektálása Változik a villamos környezet is -> először ezt kezdi el kiszűrni az ember Tesztelés közben feltűnik, hogy kis mechanikai behatásokra is változik a kimenet Mikrofonos mérés Távolságfüggő Irányfüggő Hőmérsékletfüggő Lézervibrométeres mérés A rezgés feltérképezése Amplitúdójának mérése a nyák teljes területén

Lézervibrométeres mérés Néhány pikométeres érzékenység Vizuálisan jól érzékelhető eredmény A mérés közepes reprodukálhatósága miatt az arányokat kell figyelni, nem az abszolút értékeket Korlátos a sávszélesség – 32kHz

A hőmérséklet hatása Változhat a rezgés Frekvenciája Amplitúdója Csillapítása Fázisa Ezáltal a csúcsok helye és kiterjedése is Új frekvencia összetevők nem keletkeznek!

Rezonancia frekvencia

Hullámterjedés Longitudinális hullámok terjedési sebessége 20°C levegő: 343 m/s Víz: 1493 m/s Gumi: 1600 m/s Réz: 3560 m/s Vas: 5130 m/s Gyémánt 12000 m/s

Szimuláció Különböző villa méretek A villa középső rögzítésének helyzete A tokozás beültetetve és önállóan A nyák megfogatása több konfigurációban A frekvencia függvényében

Rezgéscsökkentő technikák Tervezés Szimmetrikus elrendezés Sajátfrekvencia helyes megválasztása A rezgés energiájának hangolása a teljes tömeghez Tömeg, méretek, alak, csillapítás Rezgés mechanikus leválasztása Mechanikai aluláteresztő szűrő Paraméteringadozások csökkentése

Ha a tervezés csődöt mondott Szoros együttműködés a MEMS gyártó és a nyákszerelő között Keresni egy mérhető paramétert, amely jól leírja a rezgés mértékét Jósolható, hogy a MEMS túl fogja-e lépni a specifikációt a szerelt termékben Tervezni egy olyan megfogó szerkezetet, amely a szerelt termék mechanikai tulajdonságai jól leutánozza. A fixture-ben történő kalibrálás nem fog elállítódni a beültetéskor Ez problematikus lehet sok különböző alkalmazás esetén Tesztelés nyákra való beültetés után, majd rework Megfelelő fixture itt is szükséges

Piezoelektromosság és kristálystruktúra Piezoelektromos tulajdonságú Villamos jellel változtatható az alakja ill. az alakváltozás villamos jelet indukál. Jele: dxy; Mértékegysége: pC / N Az első index a töltésmegoszlás vektora A második index az erőhatás vektora Stabil viselkedés széles hőmérsékleti tartományban és időben - jól kalibrálható Kvarc: d11 = -2,3 pC / N

Hátra van még Lézervibrométeres mérés a giroszkópon, foglalatban A piezoelektromosság mélyebb megértése A kristálystruktúra – Kikuchi vonalak mélyebb megértése Tesztek elvégzése a nyákon való kiszűrés szabályrendszerének felállításához

Köszönöm a figyelmet! Kérdések?