تحلیل و طراحی سوئیچ های ولتاژ پایین با استفاده از تکنولوژیmems

در این پژوهش دو ساختار جدید از سوئیچ سری تحریک الکتروستاتیک با استفاده از تکنولوژیmemsارائه می شود. طراحی هندسی ساختار اول با استفاده از دو فنر ال-شکل که بین بیم و تکیه گاه تعبیه شده اند,انجام شده است. که در این طراحیبه علت سطح تماس بیشتر فنرها با سطح مقطع بیم نواحی تنش افزایش یافته و باعث کاهش مقاومت ساختار در اثر اعمال نیرو می شوند. این فنرها نیروی بازگرداننده ی پایینی فراهم می کنند که این باعث کاهش نیروی فنر و در نتیجه کاهش مقدار ولتاژ تحریک سوئیچ می شود. ساختار دوم سوئیچ باطراحی هندسی جدید از فنرها که طول بیشتری داشتند وبا حفظ ابعاد سوئیچ طراحی نوع اول به منظور کاهش بیشتر ولتاژ تحریک و بهبود عملکرد آن در فرکانس های بالا انجام شد. محاسبات انجام شدهبرای ولتاژ با استفاده از مدلسازی ثابت فنر برای ساختار و در نظر گرفتن تنش موجود در فنرها محاسبه شده است. این سوئیچ دارای ابعاد کوچک به اندازه µm260×110 میکرومتر است که در مقایسه با سوئیچ های حالت کانتیلور تحریک الکتروستاتیک داری ابعاد کوچک با ولتاژ پایین است. بررسی های انجام شده بروی کاهش ولتاژ با ضخامت های مختلف در هر دو طراحی صورت گرفت.با شبیه سازیسوئیچ در نرم افزارintellisuitولتاژ تحریک آن بهدست آورده شد. در طراحی نوع اول مقدار ولتاژ تحریک سوئیچ برابر با 78/15 ,22/11 و 4/6 ولت در حالت محاسباتیبه دست آمد که با مقایسه آن در حالت شبیه سازی مقدار5/16, 6/11 و 8/7 ولت به ترتیب برای ضخامت هایµm 1, 8/0 و 6/0 به دست آمد. همچنین با شبیه سازی ساختار سوئیچ در نرم افزارhfss9.1 پارامترهای پراکندگی آنبهدست آورده شد. پارامترهای پراکندگی طراحی نوع اول نیز با زیرلایهسیلیکاندر فرکانس ghz40, دارای توان بازگشتی db24, توان تلفاتی db0.07 و ایزولاسیون db 16 بهدست آمد. همچنین برای طراحی نوع دوم نیز مقدار ولتاژ تحریک در حالت محاسباتی برابر با 82/8, 27/6و 05/4ولت و در حالت شبیه سازی مقادیر9, 45/6 و2/4ولت به ترتیب برای ضخامت های 1, 8/0 و 6/0 میکرومتر به دست آورده شد. وبرای طراحی نوع دوم با زیرلایهسیلیکان در فرکانس ghz40, توان بازگشتی db26, توان تلفاتی db 067/0 و ایزولاسیون db 16 بهدست آمد.نتایج نشان می دهد طراحی و تحلیل تئوری به صورت خوبی توانسته اند نتایج شبیه سازی را پیش بینی کنند. با مقایسه این دو سوئیچ, می توان گفت که ولتاژ تحریک آن و پارامترهای پراکندگی از جمله توان تلفاتی و توان بازگشتی بهبود یافت اما ایزولاسیون تغییری نکرد. این نوع از سوئیچ اولین سوئیچ ارائه شده در این ابعاد با این ولتاژ تحریک است که دارای عملکرد مناسب در فرکاس های بالا تا ghz40 است. از کاربردهای این سوئیچ استفاده در ماهواره ها و سیستم های بی سیم است. علاوه بر این از ویژگی های طرح جدید, توان تلفاتی پایین و ساختار ساده مزیت مهم در ساخت این قطعات کوچک است.