سوئیچ میکروالکترومکانیکی (MEMS SWITH)
تحقیقی بسیار جامع
57 صفحه در قالب word
فهرست
مقدمه . . 4
انواع سویچ ها 4
کاربردهای سویچ های میکروالکترومکانیکی 7
دسته بندی سویچ ها . 8
روش های راه اندازی سویچ 10
ساختار مکانیکی سویچ 11
محاسبه ثابت فنر . . 12
انحنای بیم به علت یکسان نبودن استرس در طول آن . 17
ثابت فنر ناشی از استرس پس ماند . 81
اثر حفره ها روی سطح بیم . 19
ثابت فنر برای بیم های با K کوچک 21
آنالیز دینامیک خطی بیم . . 22
محاسبه زمان سوئیچینگ 32
راهاندازی الکترواستاتیکی 25
ولتاژ لازم برای پایین نگه داشتن بیم متحرک 28
سوئیچ های خازنی خود راه انداز 29
اثر تغییر دما و نیرو روی عملکرد سویچ . 31
مدل مداری سویچ . 33
پارامترهای پراکندگی ( S- Parameter ) . . . 34
تلفات 35
سوئیچ های جانبی . 38
آشنایی با سویچ SPDT (single-pole double-throw) 43
بررسی مساله چسبندگی در سویچ های میکروالکترومکانیکی . 44
پروسه ساخت 48
نمونه ای از سویچ های ارائه شده در مقالات 50
مراجع . . 54
مقدمه:
سویچ المانی است که به منظور قطع و وصل کردن مسیر سیگنال و یا تغییر مسیر آن در یک مدار الکتریکی استفاده می شود. تا حدود سه دهه قبل، سویچ هایی که در سیستم های الکتریکی استفاده می شدند در دو نوع سویچ های مکانیکی و نیمه هادی بودند اما از حدود سال 1980 میلادی به بعد سویچ های میکروالکترومکانیکی (mems switch) پا به عرصه بازار الکترونیک گذاشتند که نسبت به دو نوع دیگر مزایای قابل توجه و البته معایبی نیز داشتند. استفاده از سویچ های میکروالکترومکانیکی در فرکانس های رادیویی (rf mems switch) در دهه 90 میلادی آغاز شد. سویچ های فرکانس بالا در سیستم هایی که در حوزه مایکروویو استفاده می شوند( مانند تلفن های موبایل و شبکه های بی سیم) و سیستم هایی که در حوزه امواج میلی متری کار می کنند (مانند رادار و سیستم های ماهواره ای) نقش مهمی را ایفا می کنند. در سیستم های بی سیم، سویچ ها غالبا برای انتخاب مسیر سیگنال استفاده می شوند. مثال آن، سیستم با بلوک های مختلف می باشد که با استفاده از سویچ می توان سیگنال ورودی به سیستم را به بلوک موردنظر ارسال کرد. در سیستم های رادار از مجموعه ای از سویچ ها برای ایجاد بلوک های تاخیر یا شیفت فاز استفاده می شود. ارتباطات راه دور دربردارنده رنج وسیعی از فرکانس ها می باشد که با توجه به محدوده فرکانسی مورد نظرمان، مشخصات سویچ می تواند متفاوت باشد. به پارامترهای مختلفی در بررسی سویچ ها می توان اشاره کرد. ایزولاسیون و تلفات، دو پارامتر مهم در بررسی سویچ می باشند. همچنین میزان مصرف توان پارامتر مهمی بویژه در کاربردهای ماهواره است..
انواع سویچ ها:
همانطور که در مقدمه نیز اشاره شد، سویچ ها را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:
- سویچ مکانیکی 2- سویچ نیمه هادی 3- سویچ میکروالکترومکانیکی
در سویچ مکانیکی، عمل قطع و وصل مسیر سیگنال از طریق یک سیگنال کنترل که رله ای مغناطیسی را فعال می کند انجام می شود. این سویچ ها در حین آنکه توانایی انتقال توان بالایی را دارند، تلفات کم و ایزولاسیون بالایی را هم می توانند فراهم کنند. اما ضعف آن ها در زمان سویچینگ بالا (سرعت سویچینگ کم) ، اندازه و وزن زیاد آن ها می باشد.
سویچ های نیمه هادی( PIN دیودها و فت ها)، ایزولاسیون و تلفات مطلوبی که سویچ های مکانیکی داشتند را نمی توانند فراهم کنند ولی از سرعت بالا و ابعاد کوچک تری برخوردار هستند. اندیشه ترکیب کردن ساختار این دو نوع سویچ منجر به ایجاد سویچ میکروالکترومکانیکی می شود. یعنی سویچی ساخته شده با فناوری نیمه هادی و دارای بخشی متحرک برای قطع و وصل مسیر سیگنال. در نتیجه سویچی شکل گرفت که قابلیت های سویچ های مکانیکی و نیمه هادی را با هم داشت. ایزولاسیون و تلفات مناسب به همراه ابعاد کوچک و سرعت مطلوب.
مزایا و چالش های مربوط به سویچ های میکروالکترومکانیکی را می توان به شکل زیر دسته بندی کرد :
مزایا :
- تلفات کم در حالت وصل(به علت مقاومت کوچک حالت وصل)
- ایزولاسیون بالا در حالت قطع(ناشی از خازن کوچک حالت قطع و در نتیجه امپدانس خازنی بزرگ)
- مصرف توان پایین (به علت جریان بسیار ناچیز عبوری)
- خطی بودن
چالش ها:
- بسته بندی : مشخصات عملکردی سویچ میکروالکترومکانیکی بشدت از ذرات معلق در هوا مانند ذرات بخار آب یا هیدروکربن ها و ... تاثیر می پذیرد. این مساله بسته بندی این سویچ ها را با پیچیدگی هایی همراه می سازد و به عنوان چالشی در آن ها مطرح می باشد.
- قابلیت اطمینان : سویچ میکروالکترومکانیکی به علت دارا بودن یک بخش متحرک با مشکلات مربوط به ساختارهای مکانیکی روبرو است. مسایلی همچون فرسودگی بخش متحرک، چسبندگی، نقطه جوش شدن در اتصال اهمی و ... از جمله عواملی است که عمر مفید ساختار و قابلیت اطمینان آن را تحت تاثیر قرار می دهد.
- سرعت پایین : اگرچه سرعت سویچ میکروالکترومکانیکی نسبت به سویچ مکانیکی بیشتر است ولی نسبت به سویچ نیمه هادی سرعت کم تری دارد.
- ولتاژ راه اندازی بالا : بین ولتاژ راه اندازی سویچ میکروالکترومکانیکی و سرعت سویچینگ آن مصالحه ای برقرار است. یکی از اهداف دنبال شده در طراحی این سویچ ها، کاهش ولتاژ راه اندازی به منظور قابلیت مجتمع سازی آن ها در پروسه ساخت آی سی است. اما کاهش ولتاژ به معنی کاهش نیروی الکترواستاتیکی اعمال شده به بخش متحرک سویچ و در نتیجه کاهش سرعت قطع و وصل آن است. لذا در طراحی بنا به کاربرد سویچ، مصالحه ای بین این دو پارامتر باید ایجاد شود.
- هزینه ساخت : هزینه ساخت این سویچ ها 10 تا 20 برابر سویچ های نیمه هادی بیان شده است.
با در نظر گرفتن مجموعه ای از این عوامل، بنا به کاربرد موردنظر از سویچ های میکروالکترومکانیکی در حوزه های مختلف استفاده می شود.
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.
سوئیچ میکروالکترومکانیکی (MEMS SWITH)