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MEMS의 기하학적 최적 설계 동향

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MEMS의기하학적최적설계동향_완성본-기계공학부
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목차 1
ABSTRACT 2

1.서론 2

2.용량성 마이크로 스위치에서의 최적설계 2

2.1 효과강성계수, Keff 4
2.2 Critical collapse voltage, Vc 5

2.3 복합 브릿지 구조물에서의 effective stiffness constant, Keff 6

2.4 동적 특성 9

2.5 Switching speed 10

2.6 최대 작업 주파수(Maximum working frequency)와 Q-factor 12

2.7 구조물의 최적화 13

3.마이크로 센서 및 마이크로 엑추에이터 에서의 민감도 최적형상 연구 13
3.1 소개 13
3.2 최대 공식(Maximum criteria) 14
3.3 일반적인 가정 15
3.4.고정단 구조물에서 활동영역의 처짐 16
3.5. Tunneling 측정 모드 18
3.6 MOS 측정 모드 19
3.7 Comb-finger 구조 21

3.8 비틀림 발진기 (Torsional oscillator) 23

3.9 fixed-free 구조물로의 확대 해석 24

3.10 결론 26

4. 상용소프트웨어를 이용한 MEMS의 최적화 27

4.1 시뮬레이션 시스템의 기초적인 구성 27

4.2 적용 예 30

4.3 결과 및 요약 33

5. 고찰 및 결론 34

6. Reference 35

/

2.용량성 마이크로 스위치에서의 최적설계

용량성 마이크로 스위치는 주로 레이더 시스템과 무선 통신에 사용된다. 용량성 마이크로 스위치는 낮은 입출력 손실과 저가의 생산비용의 이점을 가지고 있으며, 기존 핸드폰의 스위치는 배터리가 사용되는 동안 수 밀리 와트(milli-watts)의 전력을 계속 사용하는 것에 비하여 용량성 마이크로 스위치는 핸드폰이동작하는 동안에만 전력을 사용한다는 장점을 가지고 있다. [4-7]이러한 장점 때문에, 핸드폰의 transmit/receive 스위치와 같은 무선통신장치들은 향후 용량성 마이크로 스위치로 대체될 것으로 예상되고 있다.[8] 이러한 용량성 마이크로 스위치의 성능은 Critical collapse voltage, 동특성(switching spped, , Maxiamum working frequency)등의 요인에 의하여 크게 달라진다. 이번 장(Chapter)에서는 단순한 빔(beam)구조물 및 몇가지 복학접인 브릿지(bridge)구조물에서의 기하학적인 조건에 따라서 critical collapse voltage를 줄이는 방법을 알아보며, Dyanmic behavior를 최적화 시키는 방법도 알아본다.

전기적인 에너지가 브릿지와 중앙의 양도체에 전달되면, 발생된 전기 인력에 의하여 브릿지가 유전층으로 끌려가는 현상이 발생한다. 이 유전층은 브릿지와 중앙의 양도체가 달라붙는 것을 막아주는 역할을 하고 있다. Fig2.2 [1] 에서는 전기 인력에 의한 브릿지의 변위차이를보여주고 있다. 여기서 X축과 Y축은 빔의 길이와 넓이 방향에 수직한 방향이며, Z축은 빔의 연직 방향을 나타내고 있다.

3.마이크로 센서 및 마이크로 엑추에이터 에서의 민감도 최적형상 연구

3.1 소개

MEMS기술에 기초한 많은 센서와 엑추에이터들은 스프링(spring)과 활동영역(active region)으로 나눌 수 있다.

[1]J-M. Huang, K.M.Liew, C.H. Wong, S.Rajendran, M.J. Tan, A.G.Liu, “Mechanical design and optimization of capacitive micromachined switch”, Sensors and Actuators A, (2001), 273-285
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