Г. Расчет сил адгезии кантилевера к никелевым и золотым балочным подвижным элементам. Обработка экспериментальных данных. Mathcad

Коэффициент жесткости кантилевера (Н/м)

Никель

Золото

Закон Гука

 

ΔZ - Изменение вертикальной координаты зонда, снятое с кривых отвода

Сила адгезии, расчитанная по закону Гука в каждой из 25 точек спектроскопии

 

Средние значения сил адгезии по поверхности скана (12×12 мкм) [17]

 

 

Расчет постоянной силы прижатия

 

 

Д. Расчет сил адгезии кантилевера к никелевым и золотым балочным подвижным элементам по модели Леннард-Джонса. Mathcad

 

Никель

Золото

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АСМ – атомно-силовая микроскопия;

ИМ – инерционная масса;

ИС – интегральная схема;

МСТ – микросистемная техника;

МОЭМС – микрооптоэлектромеханическая система;

МЭМС – микроэлектромеханическая система;

НСТ – наносистемная техника;

НТ – нанотехнология;

ПАВ – поверхностноактивное вещество;

СЗМ – сканирующая зондовая микроскопия;

УМСТ – устройство микросистемной техники

ЧЭ – чувствительный элемент;

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. –

М.: Машиностроение, 2007.– 400 с.: ил.

2. В. Варадан, К. Виной, К. Джозе. ВЧ МЭМС и их применение.

М.: Техносфера, 2004. – 528 с.

3. В.А. Гридчин. Физические основы сенсорной электроники, часть 1 – Сенсоры механических величин: учебное пособие.

Н.: Новосиб. гос. тех. ун-т, 1995. – 107 с.

4. Ю.И. Головин. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007. – 496 с.

5. D. Hyman, M. Mehregany. Contact physics of gold microcontacts for MEMS swiches. Components and Packaging Technologies, IEEE Transactions, vol. 22, Issue 3, pp. 357 – 364, 1999. Digital Object Identifier – 10.1109/6144.796533.

6. C. Goldsmith, T.Lin, B. Powers, W.Wu, B.Norvell. Micromechanical membrane switches for microwave applications. IEEE MTTS International Microwave Symposium Digest, vol.1, pp. 91-94, 1995. Digital Object Identifier – 10.1109/MWSYM.1995.406090.

7. C. Goldsmith, Z. Yao, S. Eshelman, D. Denniston. Performance of Low-Loss RF MEMS Capacitive Switches. IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 8, Issue 8, pp. 269 – 271, 1998. Digital Object Identifier – 10.1109/75.704410.

8. Н.И. Мухуров, Г.И. Ефремов. Электростатическое реле с массивным якорем, М.: Новые технологии. Микросистемная техника, 3 с., 2007, №4.

9. В.М. Любимский. Изгибы круглой и прямоугольной диафрагм при действии электростатического притяжения и поперечной нагрузки, М.: Новые технологии. Микросистемная техника, 6 с., 2007, №5.

10. Буркат Г.К. Серебрение, золочение, палладирование и родирование. Л.: Машиностроение, 1984. – 86 c.

11. С. Leondes (editor). MEMS/NEMS Handbook techniques and applications, vol. 4 Sensors and actuators, pp. 325 – 332, 2006.

12. В.В. Старостин. Материалы и методы нанотехнологии,

М.: Бином, 2008. – 431 с.

13. В.А. Гридчин, В.П. Драгунов. Физика микросистем: Учеб. пособие в 2 ч. Ч 1.

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 416 с.

14. S. Pacheco, C.T.-C. Nguen, L.P.B. Katehi. Micromechanical Electrostatic K-Band

Switches. IEEE MTT-S International Microwave Symposium, vol. 3, pp. 1569 -1572,

June 1998. Digital Object Identifier: 10.1109/MWSYM.1998.700675.

15. S.-C. Shen, M. Feng. Low actuation voltage RF MEMS switches with signal

frequencies from 0.25 to 40 GHz. IEEE. Electron Devices Meeting, 1999. IEDM

Technical Digest. International, pp. 689 – 692.

Digital Object Identifier: 10.1109/IEDM.1999.824245

16. A. N. Podobaev, S. S. Kruglikov, P. Becker and M. Mattiesen. Electrochemical estimation of developed roughness of galvanic nickel coatings, 2005, "Protection of metals", vol. 41, №4, pp.363-368.

17. J.K. Luo, A.J. Flewitt, S.M. Spearing, N.A. Fleck, W.I. Milne. Young’s modulus of electroplated Ni thin film for MEMS applications, 2004, "Materials letters", vol. 58, №17-18, pp.2306-2309.

18. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. М.: Машиностроение, 1962. – 244 с.

19. Садаков Г.А. Гальванопластика. М.: Машиностроение, 1987. – 288 c.

20. Д.В. Болтунов, А.А. Жуков, Л.В. Гребенюк. Особенности формирования и

характеристики балочных подвижных элементов на основе гальванически

осажденного никеля. 15-я Международная научно-техническая конференция

студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,

2009, стр. 95 – 96.

21. Д.В. Болтунов, А.А. Жуков, Л.В. Гребенюк. Особенности формирования и характеристики балочных подвижных элементов на основе гальванически осажденного никеля. 15-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2009, с. 95 – 96.

22. В.А. Королева, Д.В. Болтунов, Л.В. Гребенюк, А.А. Жуков. Исследование морфологии пленок гальванического никеля для устройств микросистемной техники. 1с., 2010, VIII научно-техническая конференция «Микротехнологии в космосе» с международным участием.

23. А.Е. Ануров, Д.В. Болтунов, А.А. Жуков. Исследование механических характеристик подвижных исполнительных элементов на основе гальванического никеля для устройств микросистемной техники, 2с., 2010, VIII научно-техническая конференция «Микротехнологии в космосе» с международным участием.

24. ГОСТ 2789-73: Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.ISO

25. 468:1982 — Шероховатость поверхности. Параметры, их значения и общие правила установления технических требований. (Surface roughness — Parameters, their values and general rules for specifying requirements).

26. В.П. Драгунов. Влияние формы упругого элемента на характеристики микроэлектромеханических систем, М.: Новые технологии. Микросистемная

техника, 6 с., 2004, №1.

27. А.Г. Алексенко, Н.Н. Балан. Анализ эффекта схлопывания электродов электростатических актюаторов (Pull-in instability) в MEMS- и NEMS- устройствах, М.: Новые технологии. Микросистемная техника, 9 с., 2005, №7.

28. В.К. Неволин. Зондовые нанотехнологии в электронике,

М.: Техносфера, 2006. – 160 c.

29. А.П. Крюков. Элементы физической кинетики,

М.: издательство МЭИ, 1995. – 72 c.

30. В.В. Буринский. Измерение и обработка результатов: курс лекций. М: изд-во МНЭПУ, 2000. – 156 с.

 

Патенты:

I. Richard D. Nelson, William G. Flynn, and David A. Goins – Tex. (US), Austin “Plate-based microelectromechanical switch having a three-fold relative arrangement of contact structures and support arms”, No.: US 7,119,943 B2.

II. Lawrence E. Dickens (Baltimore, MD), Fred E. Sacks (Reisterstown, MD), Howard Fudem (Baltimore, MD), Don E. Crockett (Columbia, MD), Frank Lindberg (Baltimore, MD), Robert Young (Ellicott City, MD), Gregory DeSalvo (Bellbrook, OH) – Northrop Grumman Corporation (Los Angeles), “Microelectromechanical RF switch”, No.: 10/157,935.

Ссылки:

а) Портал новостей «3Д-Ньюз» – http://www.3dnews.ru/news/samii_bistrii_svch_kommutator_ot_teravicta/

б) Федеральное космическое агенство «Роскосмос» – www.federalspace.ru/

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................................................................................................
1. Анализ принципа действия, конструкции и технологии изготовления микромеханических реле (обзор литературы)...............
1.1. Принцип действия и особенности конструкции исполнительных элементов микромеханических реле...................................................
1.2. Технология изготовления исполнительных элементов микрореле..
1.3. Физико-технологические ограничения при изготовлении исполнительных элементов микромеханических реле, полученных методом гальванического осаждения............................
1.4. Общие сведения о методе получения гальванических покрытий. Состав электролитов никелирования, меднения и золочения..........
2. Исследование характеристик исполнительных элементов, полученных методом гальванического осаждения, для применения в устройствах МСТ (экспериментальная часть).....................................
2.1. Цель...................................................................................................
2.2. Объекты исследования.......................................................................
2.3. Методы исследования........................................................................
2.4. Описание эксперимента.....................................................................
2.5. Экспериментальные результаты.......................................................
2.5.1. Выбор оптимальных режимов и условий осаждения никеля из сульфаминовокислого электролита для применений МСТ...........
2.5.2. Морфология гальванических пленок никеля, меди и золота, полученных при оптимальных режимах и условиях гальванического осаждения..............................................................
2.5.3. Механические свойства исполнительных элементов УМСТ на основе системы металлов «золото-никель-золото».......................
3. Оптимизация исполнительных элементов УМСТ..............................
3.1. Рекомендации по снижению влияния физико-технологических ограничений исполнительных элементов, полученных методом гальванического осаждения, на характеристики микрореле......................
3.2. Характеристики исполнительных элементов микрореле, изготовленных с учетом рекомендуемых технологических и конструктивных решений......................................................................
Заключение.....................................................................................................
Приложения....................................................................................................
А. Расчет напряжения срабатывания исполнительного элемента при различных жесткостях упругого подвеса............................................
Б. Расчет давления срабатывания исполнительного элемента при различных жесткостях упругого подвеса............................................
В. Исследование сил молекулярного взаимодействия между гальваническими пленками никеля, золота и кремниевым зондом атомно-силового микроскопа...........................................................
Г. Расчет сил адгезии кантилевера к никелевым и золотым балочным подвижным элементам. Обработка экспериментальных данных Mathcad.............................................................................
Д. Расчет сил адгезии кантилевера к никелевым и золотым балочным подвижным элементам по модели леннард-джонса. Mathcad............................................................................................
Список сокращений......................................................................................
Список литературы.......................................................................................