Microsisteme mecatronice – Principii de baza, tehnologii de fabricatie si solutii constructive

Timp de citit: 3 minute

Autori: Dumitru Olaru, Ciprian Vasile Stamate
Facultatea de Mecanica – Iasi
An aparitie: 2020

A doua revolutie industriala

Revolutia informatica (a doua revolutie industriala) a marcat saltul de la societatea industrializata la societatea informationala, generand un val de innoiri in tehnologie si educatie.

Japonezii au definit sensul acestor miscari de innoire, brevetand termenul de mecatronica, la inceputul deceniului al 8-lea al secolului trecut.

Termenul a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologica: mecanica-electronica informatica. Conceptul de mecatronica este sugestiv ilustrat in figura 1.

Continutul termenului s-a imbogatit constant ca urmare fireasca a evolutiei in dezvoltarea tehnologica. Foarte curand mecatronica a devenit filozofie, stiinta masinilor inteligente si mediu de proiectare si fabricatie integrata, pe fundalul careia s-a dezvoltat conceptul de proiectare pentru control.

Pentru practica inginereasca filozofia mecatronica a marcat saltul de la ingineria traditionala, secventiala, la ingineria simultana sau concurenta. Principiile mecatronice in educatie vizeaza dezvoltarea gandirii sistemice si formarea deprinderilor de a lucra in echipa. Mecatronica a deschis orizonturi nebanuite in toate domeniile de cercetare, datorita promovarii interdisciplinaritatii si stimularii efectului de sinergie.

Puterea interdisciplinaritatii abordarilor pe care le presupune macatronica nu poate fi exploatata fara un management performant al cunostintelor si resurselor in domeniu. Cadrul specific acestor abordari este ilustrat in figura 2.

Mecatronica este rezultatul evolutiei firesti in dezvoltarea tehnologica. Tehnologia electronica a stimulat aceasta evolutie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanica. In urmatoarea etapa, prin integrarea microprocesoarelor in structurile electromecanice, acestea devin inteligente si, astfel s-a ajuns la mecatronica, asa cum se arata in figura 3.

Structura cursului

Capitolul I – Tehnologie si educatie in societatea informationala

1. Mecatronica – tehnologie compatibila cu societatea informationala
2. Sistemul mecatronic
3. Sisteme microelectromecanice – MEMS
4. Aplicatii ale mecatronicii

Capitolul II – Conceptul de microsistem

• Componentele unui microsistem
• Microsistemele electromecanice – MEMS

Capitolul III – Materiale pentru constructia MEMS-urilor

A. Materiale utilizate ca substrat in fabricatia MEMS-urilor
B. Materiale de depunere utilizate in constructia MEMS-urilor

1. Siliciul
   1.1 Siliciul monocristalin
   1.2 Siliciu policristalin
   1.3 Siliciul poros
   1.4 Dioxidul de siliciu
   1.5 Nitrura de Si (Si3N4)
2. Materiale bazate pe germaniu
   2.1 Germaniul policristalin
   2.2 SiGe policristalin
3. Metale

CAPITOLUL IV – Tehnologii de fabricatie pentru MEMS-uri

1. Surface micromachining
2. Bulk micromachining

• Depunerea de straturi subtiri
  A.1 Depuneri bazate pe reactii chimice
  A.2 Depuneri bazate pe procedee fizice
  A. 1.2 Epitaxy
  A. 1.3 Electrodeposition – electroplating
  A. 1.4 Oxidarea termica
  A. 2.1 Physical Vapor Deposition (PVD)
  A. 2.2 Casting
• Litografia
• Corodarea (Ethching)
  C. 1.Corodare intr-un mediu umed (Wet Etching)
  C. 2.Corodare uscata (Dry Etching)
• Corodare cu ioni reactivi (RIE)
• Corodare fara ioni reactivi – Sputter etching
• Corodare cu vapori reactivi
• Asamblare si integrare de sistem

CAPITOLUL V – Forte de suprafata in microsisteme mecatronice

1. Forte de adeziune
2. Forte capilare
3. Influenta apei asupra frecarii in micro si nanosisteme
4. Forte electrostatice
5. Metode de masurare a fortelor in microsisteme

• AFM – Microscopul de forta atomica
• FFM microscopul pentru masurarea fortelor de frecare

CAPITOLUL VI – Microsenzori

A. Principii de baza in functionarea microsenzorilor

1. Efectul de piezorezistivitate
2. Efectul piezoelectric
3. Efectul capacitiv
4. Efecte optice
   B. Solutii constructive de microsenzori

• Microsenzori de presiune

1. Microsenzor de presiune bazat pe efect piezorezistiv
2. Microsenzorii de presiune capacitivi

• Microsenzori inertiali

CAPITOLUL VII – Microactuatori

1. Micromotoare electrice
2. Microactuatori electrostatici
3. Microactuatori electrostatici interdigitali
4. Micromotoare rotative electrostatice
5. Microturbine rotative
6. Microintrerupatoare electrostatice
7. Microactuator electrostatic cu frecare
8. Valve micro-pneumatice (FhG-IFT)
9. Micro-Pompa piezoelectrica (FhG-IFT)
10. Microactuatori hidraulici
11. Microsisteme cu oglinzi mobile (Spatial Light Modulator – SLM)
12. Microactuatori termici
    12.1 Microactuatori tip Cilia
    12.2 Microactuatori care se bazeaza pe schimbarea de faza
13. Microroboti

• Microroboti pasitori

Capitolul VIII – Tehnologie de fabricatie pentru MEMS polyMUMPs (aplicatie)

Surse:

https://mec.tuiasi.ro/