Modelowanie sił tłumiących występujących w prostych układach MEMS

Streszczenie. w mikroukładach mechanicznych określanych skrótem mEmS występują pewne siły tłumiące. na etapie projektowania układów tego typu wartości tych sił muszą zostać dokładnie oszacowane. Jak ukazane zostanie w niniejszej pracy, w układach pracujących z niskimi częstotliwościami najważniejszą siłą będzie siła lepka związana z wypływaniem filmu powietrznego spod pracujących płytek układów. Siłę tę można z dużą dokładnością szacować metodami analitycznymi znanymi z literatury. w poniższej pracy ukazane zostaną znane rozwiązania analityczne stosowane często w praktyce dla prostych płytek. wykonane zostaną również proste symulacje zarówno z wykorzystaniem opisanych rozwiązań analitycznych, jak i z użyciem specjalistycznego programu o nazwie comsol multiphysics. Przeprowadzone badania analityczno-numeryczne wykażą skuteczność oprogramowania numerycznego. Słowa kluczowe: mEmS, siły tłumiące, równanie reynoldsa, modelowanie, symulowanie DOI: 10.5604/12345865.1186348

[1]  R. Pratap,et al.  A Compact Squeeze-Film Model Including Inertia, Compressibility, and Rarefaction Effects for Perforated 3-D MEMS Structures , 2008, Journal of Microelectromechanical Systems.

[2]  Jj Jan-Jaap Koning,et al.  Squeeze film damping in the free molecular flow regime with full thermal accommodation , 2009 .

[3]  H. H. Richardson,et al.  A Study of Fluid Squeeze-Film Damping , 1966 .

[4]  J. J. Blech.  On Isothermal Squeeze Films , 1983 .

[5]  N. Tipei.  Theory of Lubrication. With Applications to Liquid- and Gas-Film Lubrication , 1962 .

[7]  J. Tichy,et al.  On Squeeze Film Damping in Microsystems , 2010 .

[8]  O. Reynolds.  IV. On the theory of lubrication and its application to Mr. Beauchamp tower’s experiments, including an experimental determination of the viscosity of olive oil , 1886, Philosophical Transactions of the Royal Society of London.

[9]  Robert B. Darling,et al.  Compact analytical modeling of squeeze film damping with arbitrary venting conditions using a Green's function approach , 1998 .

[10]  Pu Li,et al.  A new model for squeeze-film damping of electrically actuated microbeams under the effect of a static deflection , 2007 .

[11]  F. White.  Viscous Fluid Flow , 1974 .

[12]  Fook Siong Chau,et al.  Analytical solution of the modified Reynolds equation for squeeze film damping in perforated MEMS structures , 2007 .

[13]  Minhang Bao,et al.  Squeeze film air damping in MEMS , 2007 .

[14]  Min-Hang Bao,et al.  Micro Mechanical Transducers: Pressure Sensors, Accelerometers and Gyroscopes , 2000 .

[15]  Timo Veijola,et al.  Methods for Solving Gas Damping Problems in Perforated Microstructures Using a 2D Finite-Element Solver , 2007, Sensors (Basel, Switzerland).

[16]  E. Cretu,et al.  EXPERIMENTAL VERIFICATION OF SQUEEZED-FILM DAMPING MODELS FOR MEMS , 2005 .

[17]  Miko Elwenspoek,et al.  Micro resonant force gauges , 1992 .

[18]  David Yates,et al.  Design of a MEMS Capacitive Combdrive Accelerometer , 2011 .

[19]  Numerical and compact modelling of squeeze-film damping in RF MEMS resonators , 2008, 2008 Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS.

[20]  Yuancheng Sun,et al.  Modified Reynolds' equation and analytical analysis of squeeze-film air damping of perforated structures , 2003 .

[21]  A. J. Przekwas,et al.  A FINITE-VOLUME METHOD FOR FLUID FLOW SIMULATIONS WITH MOVING BOUNDARIES , 1994 .

[22]  O. Reynolds.  I. On the theory of lubrication and its application to Mr. Beauchamp tower’s experiments, including an experimental determination of the viscosity of olive oil , 1886, Proceedings of the Royal Society of London.

[23]  Michael Kraft,et al.  Modelling squeeze film effects in a MEMS accelerometer with a levitated proof mass , 2005 .