Hajlított rudas mikroaktuátor termomechanikai analízise
A Technológiai fejlődés az utóbbi évtizedekben egy olyan irányvonalat kezdett el követni, melynek célja már nem az egyre nagyobb teljesítmény, egyre nagyobb gépekkel történő elérése, hanem azonos, vagy ha lehetséges nagyobb teljesítmény elérése a gépek méreteinek csökkentése mellett. MEMS (Micro Electro Mechanical System) gondolati alapját az integrált áramkörök adják. Az 1960-as évekre az áramkörök gyártástechnológiájának fejlődése révén egyre kisebb és kisebb méretekben voltunk képesek létrehozni ugyanazt az áramkört. Mivel az áramkörök esetében a méretcsökkenés a funkciójának betöltését nem befolyásolja, ezért a gyártók célja az volt, hogy minél több áramkört helyezzenek el egy-egy félvezető lapkán. Ezeknek a törekvéseknek köszönhetően az integrált áramkörök gyártása átkerült a tömeggyártás kategóriába. Ezeken a sikereken felbuzdulva új irányvonalként megjelent, hogy az IC miniatürizálása terén elért eredményeket, átvigyék a mechanika, optika és az áramlástan területére is, melynek eredményként létrejött a MEMS.
A MEMS-nek mint fogalomnak pontos, mindenki által elfogadott definíció nincsen, azonban ezek közül a funkcionalitásukat legjobban bemutató az, hogy a MEMS olyan miniatürizált szenzorokat, aktuátorokat, jelfeldolgozó egységeket tartalmazó rendszer, mely ezek által képes érzékelni, dönteni és beavatkozni. Az ilyen rendszerek alkotóit rendszerint szilíciumból készítik el mikro-megmunkálási eljárással. Jelenlegi gyártástechnológiai korlátok miatt ezek a rendszerek egyszerűbb elemekből épülnek fel, például négyzet keresztmetszetű gerendaelem.
Dolgozatomban a MEMS családjába tartozó hajlított karos elektrotermikus aktuátor vizsgálatát tűztem ki célul. Ezen típusú aktuátor a lineáris elmozdulást végző aktuátorok csoportjába tartozik. Az aktuátort a működtetéséhez feszültség alá kell helyeznünk, melynek következtében azon áram folyik át. Az átfolyó áram miatt hőmérsékletnövekedés következik be, melynek hatására létrejövő hőtágulás miatt az aktuátor lineárisan elmozdul.
A dolgozatban célom ezen aktuátor elektrotermikus illetve termomechanikai analízise, ezen belül koncentrálva a hőmérsékletmezőt, illetve elmozdulást leíró analitikus egyenletek meghatározására. Célom továbbá ezek összevetése végeselemes síkmodellel, majd a modell validálása után különböző konstrukciós kialakítások összevetése végeselemes modellek segítségével, és ezek eredményét felhasználva konklúziót levonni, hogy egyes gyártási paraméterek miként befolyásolják az aktuátor működését.
szerző
-
Gáspár Dávid
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Kovács Ádám
egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék