Chương này đã đề cập đến xây dựng và nâng cấp mô hình mô phỏng của hệ vi gắp sao cho sát với hoạt động thực tế của nó. Mô hình 3D với hai sự chuyển đổi năng lượng được thiết lập cùng các điều kiện môi trường bao quanh hệ vi gắp.
Các phương pháp phân tích, tính toán tổng quát cho hệ thống vi gắp nhiệt điện
65
mô hình cơ học cổ điển. Kết quả tính toán được so sánh với kết quả mô phỏng và đo
đạc thực nghiệm trên phiên bản vi gắp đã chế tạo. Dữ liệu cho thấy sự phù hợp giữa ba
phương pháp.
Từ liên hệ giữa các phương pháp toán học, mô phỏng và thực nghiệm, chúng ta
có thể sử dụng một trong những phương pháp này để kiểm tra sự chuẩn xác của
phương pháp kia và ngược lại. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hay cải tiến vi gắp cho phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Hơn nữa, các phương pháp này đồng thời được sử dụng để thực hiện tối ưu vi gắp theo một tiêu chí rõ ràng. Ví dụ,
một cấu trúc vi gắp mới có tầm hoạt động (chuyển vị) tương đương cấu trúc nguyên
bản, nhưng hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn một giá trị cụ thể có thể thiết kếđược. Đầu
tiên là xác định kích thước của cơ cấu chấp hành (số ngăn xếp silic-polyme và độ dài
của đầu kẹp) sử dụng phương trình chuyển vị của hệ thống. Sau đó tiến hành mô phỏng với kích thước đóđể xác nhận thiết kếtrước khi chuyển qua giai đoạn chế tạo.
Việc tối ưu cấu trúc của vi gắp về mặt nhiệt độ hoạt động bao gồm các thay đổi
nhỏ về cấu trúc và phân bố nhiệt không đồng đều trên các ngăn xếp silic-polyme cũng
đã được thực hiện và mô phỏng. Những thay đổi này hầu như không ảnh hưởng nhiều
tới đặc điểm cơ khí hay đáp ứng của vi gắp. Đầu tiên là cắt bỏ một phần silic tiếp giáp giữa cơ cấu chấp hành và giá đỡ để giảm thiểu sự truyền nhiệt vào giá đỡ. Sử dụng
phương pháp thử nghiệm và sàng lọc cho các phương án đề xuất để chọn ra phương án tốt nhất. Động tác này đã cải thiện đáng kể phân bố nhiệt trên cơ cấu chấp hành của vi gắp, mặt khác không ảnh hưởng tới chuyển vị của đầu kẹp. Phương án tốt nhất đã
được chọn để thực hiện tiếp các mô phỏng vềthay đổi cách cấp nhiệt cho từng đơn vị ngăn xếp silic-polyme trên cơ cấu chấp hành. Chuyển vị của đầu kẹp và phân bố nhiệt
độ khi vi gắp hoạt động đã được khắc phục hơn nữa sau bước này. Bước cuối cùng là
giảm thêm nhiệt độ của má kẹp bằng cách kéo dài phần tay kẹp. Tổng hợp của các
phương án thay đổi trên vào một mô hình vi gắp mới có thể gọi là tối ưu về mặt nhiệt
độ đã được đánh giá và so sánh với cấu trúc nguyên bản đầu tiên. Kết quảlà đã giảm nhiệt độ hoạt động tại điểm cao nhất của cấu trúc xuống 65% (từ nhiệt độ cao nhất 200
o
66
kẹp không đổi. Nhiệt độ của đầu kẹp cũng giảm xuống gần bằng nhiệt độ phòng. Mặt
khác, do không cấp nhiệt cho các ngăn xếp silic-polyme ở vị trí kém hiệu quả, công
suất tiêu thụ của vi gắp cũng giảm đi 50%. Điều này có nghĩa là có thể giảm một nửa
67
Chương 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});