LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: Tổng quan về MEMS 3 1.1. Tổng quan về MEMS 3 1.2. Tổng quan về vi động cơ trong MEMS 4 1.2.1. Phân loại 4 1.2.2. Vi động cơ quay kiểu tĩnh điện 5 1.3. Các nghiên cứu về vi động cơ quay tĩnh điện. 6 1.4. Lý do chọn đề tài. 7 Chương 2: Lý thuyết về tĩnh điện 8 2.1. Hiệu ứng tĩnh điện 8 2.1.1. Lực pháp tuyến trên bản cực 8 2.1.2. Lực tiếp tuyến trên bản cực 10 2.2. Chuyển vị pháp tuyến 11 2.3. Đề xuất thiết kế mới. 12 Chương 3: Tính toán và thiết kế 13 3.1. Kích thước hệ thống 13 3.2. Phân tích lực và mô phỏng 15 3.2.1. Lực trong kì dẫn động 15 3.2.2. Tính toán lực trong kì hồi vị 19 3.2.3. Điều kiện hồi vị 21 3.2.4. Tính tần số và vận tốc quay 21 3.2.5. Mô phỏng ứng suất. 22 Chương 4: Quy trình chế tạo sản phẩm 24 4.1. Bước chuẩn bị 24 4.2. Quá trình quang khắc. 24 4.3. Quá trình ăn mòn ion hoạt hóa sâu DRIE 25 4.4. Quá trình ăn mòn bằng hơi axit HF 25 Chương 5: Kết luận. 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VI ĐỘNG CƠ QUAY KIỂU TĨNH ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Hồng Phúc Nhóm 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử Danh sách thành viên MSSV Đánh giá công việc Nguyễn Văn Hoàng (NT) 20131625 100% Hồ Thanh Nhân 20132844 90% Tên Dương Xuân Thủy 90% Nguyễn Quốc Cường 20130523 80% Nguyễn Văn Thành 20133543 90% Phạm Văn Hải 20115109 80% Nguyễn Văn Hoàng 20131624 90% 20132431 80% Nguyễn Tiến Lộc 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử NỘI DUNG BÁO CÁO Tổng quan MEMS 1.1 Tình hình phát triển 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Một số phương án thiết kế có Lý thuyết tĩnh điện đề xuất thiết kế 2.1 Lý thuyết tĩnh điện 2.2 12/13/16 Đề xuất thiết kế Tính toán mô cho cấu trúc Quy trình chế tạo sản phẩm Kết luận Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.Tổng quan MEMS 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Khái niệm vi điện tử - MEMS Hệ thống vi điện tử-MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) hệ thống tích hợp phần tử khí, cảm biến, kích hoạt cấu kiện điện tử, đượcsản xuất công nghệ micro 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Phân loại SENSOR LỰC ACTUATOR NHIỆT ACTUATOR ÁP SENSOR VẬN TỐC SENSOR ACTUATOR SENSOR GIA TỐC ACTUATOR TĨNH ĐIỆN ACTUATOR NHIỆT SENSOR NHIỆT 12/13/16 ĐIỆN ĐIỆN Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Ứng dụng ỨNG DỤNG CỦA MEMS 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Giới thiệu vi động Phân loại Vi động quay Vi động tịnh tiến Hình 1.3 Phân loại vi động theo tính chất chuyển động 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển ĐIỆN TỪ ÁP ĐIỆN SMA VI ĐỘNG CƠ TĨNH ĐIỆN NHIỆT ĐIỆN HIỆU ỨNG KHÁC Hình 1.4 Phân loại vi động theo hiệu ứng dẫn động 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.2 Lý chọn đề tài Vi động quay kiểu tĩnh điện phổ biến sử dụng hiệu cho việc truyền chuyển động Cấu tạo nguyên lý hoạt động vi động quay kiểu tĩnh điện đơn giản Có nhiều tài liệu, báo, luận văn viết vi động quay tĩnh điện 12/13/16 10 Thiết kế hệ thống vi điện tử Tính toán mô 3.2.3 Lực kì hồi vị Bảng giá trị lực Với i=1 Với i=2 Với i=1 Với i=2 Với i=1 Với i=2 12/13/16 31 Thiết kế hệ thống vi điện tử Tính toán mô 3.2.3 Điều kiện hồi vị Điều kiện : hay Với i=1 có : 46.2 > 14.32 Thỏa mãn điều kiện i=2 có : 84.7 > 26.68 Điều kiện : Với i = ta có 2027.16 (Thỏa mãn) Vậy i = thỏa mãn điều kiện Tương ứng với V=109.56(V) Tính toán mô Vận tốc góc vi động : 60.i f 60.2 f n= = = (rpm) t z 345 Trong • • • • z = 345 số cóc vành f tần số dòng điện cấp i=2 số cóc dịch chuyển sau lần dẫn t thời gian motor quay vòng Tính toán mô Điện áp cấp (Vpp = 115V), dải tần số cấp từ 1Hz đến 500Hz ta có kết vận tốc góc tương ứng theo lý thuyết : Tần số(Hz) Vận tốc góc lý thuyết (v/ph) 0.35 180 1.74 160 10 3.48 20 6.96 30 10.43 40 13.91 50 17.39 100 34.78 500 1000 200 69.57 Tần số (Hz) 300 104.35 400 139.13 500 173.91 200 Vận tốc góc lý thuyết (v/ph) 140 120 Linear (Vận tốc góc lý thuyết (v/ph)) 100 Vận t ốc góc lý t huyết (v/p) 80 60 40 20 Tính toán mô Mô ứng suất : 12/13/16 35 Thiết kế hệ thống vi điện tử Tính toán mô Mô ứng suất : 12/13/16 36 Thiết kế hệ thống vi điện tử Tính toán mô Mô ứng suất : Các giá trị ứng suất [...]... Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 2.2 Đề xuất thiết kế mới 2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 5 4 1 2 3 1 Điện cực cố định 2 Dầm 3 Cơ cấu chống đảo chiều 4 Cơ cấu truyền chuyển động 5 Vành răng ngoài Hình 2.4 Cấu tạo vi động cơ quay 12/13/16 17 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng 12/13/16 18 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng Vành răng cóc 3.1.Tính toán thiết. .. kế Số răng: 345 1100 α=30 Hình 3.1: vành răng cóc 12/13/16 19 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng Dầm dẫn động 2 80 3 80 22 10 4 Số răng lược di động: n=55 2 Hình 3.2: cơ cấu dẫn động 12/13/16 20 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng Cơ cấu chống đảo Răng lược cố định 2 2 Hình 3.3: cơ cấu chống đảo 12/13/16 Hình 3.4: Răng lược cố định 21 Thiết kế hệ thống vi cơ. .. 12/13/16 12 Cơ cấu chống đảo khó chế tao Tạo lực ma sát giữa cơ cấu với nền Điện áp dẫn cao Công suất dẫn động nhỏ, dễ trượt ở tốc độ cao Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 2 Lý thuyết tĩnh điện và đề xuất thiết kế 12/13/16 13 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 2.1 Lý thuyết về tĩnh điện 2.1.Lực pháp tuyến trên bản cực A.ε ε 0 C= x Qc = C ( x).V 1 Ec = C ( x ).V 2 2 Hình 2.1 Lực điện từ pháp tuyến trên điện cực... cực 12/13/16 14 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 2.1 Lý thuyết về tĩnh điện 2.2.Lực tiếp tuyến trên bản cực C= A.ε ε 0 h y.ε ε 0 = g0 g0 Qc = C ( y ).V y 12/13/16 15 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 2.1 Lý thuyết về tĩnh điện 2.3.Actuator tĩnh điện kiểu răng lược Hình 2.3: Độ dịch chuyển của bộ kích hoạt răng lược theo chiều song song độ dịch chuyển cân bằng của bản điện cực di chuyển... trong kì dẫn động kp được tính qua mô phỏng 1 kp = = 3.85µ N / µ m 0.26 Hình 3.4 Mô phỏng độ cứng cổ dầm mang các răng lược tĩnh điện 12/13/16 24 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.1 Lực trong kì dẫn động k p 2 được tính qua mô phỏng k p2 5 = = 5.74 µ N / µ m 0.871 Hình 3.4 Mô phỏng độ cứng cổ dầm và lò xo cơ cấu răng cóc dẫn 12/13/16 25 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính... quan hệ và công thức tính lực : 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.3 Lực trong kì hồi vị được tính qua mô phỏng k p1 = 5 = 6.79µ N / µ m 0.736 Hình 3.4 Mô phỏng độ cứng cổ dầm và lò xo cơ cấu chống đảo 12/13/16 30 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.3 Lực trong kì hồi vị Bảng giá trị của các lực Với i=1 Với i=2 Với i=1 Với i=2 Với i=1 Với i=2 12/13/16 31 Thiết kế hệ thống vi cơ điện. .. phương án thiết kế đã có Microsystem Technologies Reliability of a MEMS Torsional Ratcheting Actuator.(Danelle M 2001) Micro- and Nanosystems InformationStorage and Processing Systems- Phuc Hong Pham • Dzun Viet Dao (2013) 12/13/16 11 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 1.3 Một số phương án thiết kế đã có Ưu điểm: Kết cấu và nguyên lý làm vi c đơn giản Điều khiển dễ dàng Truyền chuyển động tốt,... Linear (Vận tốc góc lý thuyết (v/ph)) 100 Vận t ốc góc lý t huyết (v/p) 80 60 40 20 0 3 Tính toán và mô phỏng Mô phỏng ứng suất : 12/13/16 35 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng Mô phỏng ứng suất : 12/13/16 36 Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử ... toán và mô phỏng 3.2.1 Lực trong kì dẫn động Giá trị của các lực Với i=1 Với i=2 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.2 Xác định điện áp tối thiểu Điều kiện để lực dẫn làm vành răng cóc chuyển động là: Suy ra : Hay Với i = 1 Với i = 2 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.3 Lực trong kì hồi vị Các lực tác dụng Fel ' Fms 3 Fn1 12/13/16 28 Fdh1 Fel Q Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.3 Lực trong... thống vi cơ điện tử 3 Tính toán và mô phỏng 3.2 Phân tích lực và mô phỏng 3.2.1 Lực trong kì dẫn động Hình 3.3 Lực trong kì dẫn động 3 Tính toán và mô phỏng 3.2.1 Lực trong kì dẫn động Các lực được xác định: Với: n=55 là số răng lược di động trên 1 dầm b=30 m là độ dày của răng lược g=2 m là khe hở giữa 2 răng lược fm = 0.3 là hệ số ma sắt của silic với nền m1,m3 là khối lượng của các cơ cấu G là ... loại Vi động quay Vi động tịnh tiến Hình 1.3 Phân loại vi động theo tính chất chuyển động 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển ĐIỆN TỪ ÁP ĐIỆN SMA VI ĐỘNG CƠ TĨNH ĐIỆN... truyền chuyển động Cấu tạo nguyên lý hoạt động vi động quay kiểu tĩnh điện đơn giản Có nhiều tài liệu, báo, luận văn vi t vi động quay tĩnh điện 12/13/16 10 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.3 Một... 12/13/16 ĐIỆN ĐIỆN Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Ứng dụng ỨNG DỤNG CỦA MEMS 12/13/16 Thiết kế hệ thống vi điện tử 1.1 Tình hình phát triển Giới thiệu vi động Phân loại Vi