جدول 4-4خواص سیال 48
جدول 4-5درصد کاهش فرکانسها 54
فصل اول
مفاهیم وکلیات
میکروسیستم‌هایالکترومکانیکی به عنوان یکی ازآینده‌دارترین تکنولوژی‌ها در قرن 21 شناخته شده است که قادر است با یکپارچه‌سازی میکروالکترونیک و تکنولوژی میکروماشین‌کاری، تحولی شگرف در صنعت و محصولات مصرفی همچون صنعت خودروسازی، پزشکی، الکترونیک، ارتباطات و … داشته باشد.
شکل 1-1: قطعات ساخته شده با استفاده از فناوری MEMS
MEMSتکنولوژی ساخت قطعات و سیستمهای مجتمع متشکل از اجزای الکتریکی و مکانیکی میباشد که از روشهای تولید گروهی استفاده می‌کند. کلمه MEMS که مخفف میکروسیستم‌های الکترومکانیکی است در آمریکا رایج می‌باشد، در حالیکه در اروپا تکنولوژی میکروسیستم و در ژاپن میکروماشین‌ها رایج میباشد. فرآیندهای میکروماشین‌کاری حجمی و سطحی برای برداشتن و یاقراردادن لایه‌هایی از سیلیکون و یامواد دیگر به کار میروند تا اجزای مکانیکی و الکترومکانیکی را تولید کنند.
MEMS در حالت کلی به صورت زیر تعریف می‌شود:
MEMSیک سیستم کامل در ابعاد میکرو (شامل حرکت، الکترومغناطیس، دستگاه‌ها و سازه‌های نوری میکرو و انرژی تابشی، مدارهای حس‌گر/محرک، مدارهای مجتمع (IC) پردازشگر/کنترل ‌کننده) است که به صورت غیر انبوه تولید شده و:
پارامترها و تحریکات فیزیکی را به سیگنال‌های الکتریکی، مکانیکی و نوری تبدیل می‌کند و برعکس.
وظایف حس‌کردن، به کار انداختن و … را بر عهده دارد.
شامل بخش‌های کنترل (هوشمندی، تصمیم‌گیری، یادگیری تدریجی، تطبیق، سازماندهی خودمحور و …)، تشخیص، پردازش سیگنال و جمع‌آوری اطلاعات می‌باشد.“
اساساً، MEMS سیستمی است متشکل از سازه، حس‌گر، مدار الکترونیکی و کارانداز میکرو (شکل 1-2). سازه میکرو چهارچوب سیستم را تشکیل می‌دهد؛ حس‌گر میکرو سیگنال‌ها را جستجو می‌کند؛ مدار الکترونیکی میکرو، سیگنال‌های دریافتی را پردازش کرده و به کارانداز میکرو، فرمان پاسخ به سیگنال‌ها را می‌دهد.
با استفاده از تکنولوژی ساخت مدارهای مجتمع و به منظور تولید دستگاه‌های مکانیکی و الکترومکانیکی، MEMS معمولاً بر یک بستر سیلیکونی که قسمت‌هایی از آن به انتخاب و به روش اچ‌کردن جدا شده یا لایه‌های جدیدی به آن اضافه گشته، ساخته می‌شود.
شکل (1-2) اجزای تشکیل دهنده MEMS
در حالت محاوره ای MEMS را میتوان همزمان یک جعبه ابزار، یک محصول فیزیکی و مجموعه ای از روشها دانست. همانطور که از نامش پیداست “Micro” معرف اندازه، “Electro” مربوط به الکتریسیته و یا الکترونیک و “Mechanical” قطعات در حال حرکت را شامل میشود.از دیدگاه فیزیک MEMS معمولا مجموعه ای از المانهای مکانیکی و الکترونیکی است که با استفاده از تکنولوژی ساخت میکرو روی یک ویفر سیلیکونی معمولی سوار می شوند.الکترونیکها میتوانند توسط پروسه IC (مانند:CMOS ) و المانهای مکانیکی با روشهای میکروماشینی که با پروسه ساخت ICها سازگارند ساخته شوند. شکل (1-3) نمائی شماتیکی از تراشه MEMS را نشان می دهد.. حسگرها و محرکها می توانند از المانهای مکانیکی و فرآیندسازی سیگنالها و واحدهای کنترل میتوانند با استفاده از مدارهای الکترونیکی ساخته شوند.
شکل(1-3)نمائی شماتیکی از تراشه MEMS
بنابراین کل سیستم میتواند بر روی یک تراشه واحد بدون هیچ فرآیند اجتماعی خارجی جمع شود.جمع آوری کل سیستم روی یک تراشه واحد با فرایند کوچک سازی منجر به ایجاد سازه ای کم هزینه و پرکیفیت میشود. کاربردهای این تکنولوژی به قدری گسترده است که میتوان گفت تقریباً در تمامی زمینه های مختلف صنعتی، شامل سیستم های مکانیکی، الکتریکی،، نوری و شیمیایی ، یا به نوعی استفاده میشود و یا فاز تحقیقاتی و ساخت نمونه را طی مینماید. قرارگیری سنسور به همراه مدارهای واسطه بر روی یک مدار، مزیت کاهش نویز های مزاحم و افزایش سرعت مونتاژ و راه اندازی را در پی دارد. همسانی مشخصه محصولات مشابه به دلیل کاهش پارامتر های موثر باعث اطمینان پذیری بیشتر میگردد. آرایش دقیق المان ها، که از ملزومات سیستم برای کاهش خطا می باشد، در فضای میکرو ساده تر است.
در اوایل دهه 1990با پیشرفت تکنولوژی ساخت IC ها، MEMS پا به عرصه ظهور نهاد که حسگرها، محرکها و توابع کنترلی در سیلیکون ساخته شدند. با حمایتهای مالی دولتی و صنعتی، محققین MEMS پیشرفتهای چشمگیری کرده و تواناییهای برتر و انقلابی خود را در بسیاری زمینه های گوناگون به اثبات رساندند. در تجارت و داد وستد نیز نمونه های بسیار زیادی از MEMS کاربرد دارند، همچون میکروشتاب سنجها، میکرو حسگرها، چاپگر جوهرپاش، میکروآینه هاو غیره.
علاوه بر این وسایل ساده طرحهای پیچیده تری از MEMS پیشنهاد شده و به اثبات رسیده اند. به خاطر مفهوم و امکانات آنها در زمینه های گوناگون همچون بیو پزشکی، شیمی، سیالات، ذخیره اطلاعات، ارتباطات نوری بی سیم و غیره. با کوشش و صرف انرژی بیشتر شاخه های جدیدی ازتکنولوژی MEMS پا به عرصه گذاشته اند، از آن جمله MOEMS وµTAS بهدلیل پتانسیل کاربردشان در بازار حائز اهمیت می باشند.
شکل (1-4) تکنولوژی میکروسیستم