Tìm hiểu về tăng tốc Microwelding trên thiết bị chuyển Ohmic RFMems thông qua bài “Acceleration of Microwelding on Ohmic RFMEMS Switches”

Đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà nội

TIỂU LUẬN MÔN MEMS
ĐỀ TÀI: Tìm hiểu về tăng tốc Microwelding trên thiết bị chuyển Ohmic
RF-Mems thông qua bài “Acceleration of Microwelding on Ohmic RF-
MEMS Switches”
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Chử Đức Trình.
Người thực hiện: Lê Minh Hoàng.
1/10
I. Giới thiệu:
“Microwelding” là thuật ngữ chỉ các liên kết kim loại chính xác và ứng
dụng năng lượng để tạo thành mối hàn rộng dưới 100 micromet. Thường
được thực hiện dưới kính hiển vi cho chính xác, quá trình hàn thực tế trong
một số trường hợp chính xác.
Bài báo này đề xuất một thiết lập mới cho hệ thống bao gồm việc hình thành
microwelding trên hệ thống siêu cơ học điện tử ohmic RF-Mems bằng cách
sử dụng các sự kiện phóng tĩnh điện theo phương thức có thể kiểm soát
được.
Thủ tục thành lập được xác nhận dựa trên thành công của các loại hình khác
nhau của bộ kẹp tự do (clamped-free) và bộ kẹp được chuyển tĩnh điện
(clamped–clamped electrostatically actuated switches). Nhưng nó có thể
được mở rộng một cách dễ dàng cho các dòng khác của thiết bị MEMS.
Trong bài báo này đề xuất một phương pháp cho hệ thống cảm ứng hình
thành microwelding trong thiết bị chuyển mạch RF-MEMS để điều tra cơ
chế hoạt động phục hồi cũng như các giải pháp thiết kế và công nghệ để
chống lại sự kiện rất quan trọng này. Kỹ thuật cảm ứng Microwelding được
dựa trên việc phóng tĩnh điện (ESD) như là các sự kiện gây ra bởi một xung
đường truyền (TLP) và có thể gây ra microwelding theo một phương thức
điều khiển được. Bài báo này được dựa trên thiết bị chuyển mạch tĩnh điện
(electrostatically actuated switches), nhưng các cách thức tương tự có thể
được mở rộng với bất kỳ loại thiết bị di động nào.Đẩy mạnh sự hình thành

microwelding, có thể làm như sau:
2/10
1. Đánh giá sự vững mạnh nội tại của thiết bị chuyển mạch thử nghiệm
2. So sánh độ nhạy microwelding của các thiết bị với các hằng số spring
khác nhau,
3. Chứng minh hiệu quả của cơ chế khôi phục, giống cấu trúc nhiệt.
II. Thực Hiện:
Kết quả thử nghiệm tính nhạy cảm ESD RF-MEMS thiết bị chuyển mạch ở
trạng thái ON, làm thay đổi một chút về miền thời gian bộ phản xạ kế TLP.
Bổ sung thêm khả năng áp dụng một tín hiệu điện áp tới các thiết bị truyền
động MEMS trước khi phóng ra TLP và tắt ngay sau khi xung đạt 100-ns.
TLP là một phương pháp thử nghiệm được chấp nhận rộng rãi trong cộng
đồng ESD và nó được sử dụng để mô tả các thiết bị theo chế độ - xung điện
áp high-current/high.
Một nguồn điện áp cao được sử dụng để sạc điện dung phân phối của đường
dây truyền tải TL1 thông qua một điện trở ohmic. trong khi chuyển đổi đồng
trục S1 là mở. Sau khi chuyển đổi này đóng, việc xả một đường truyền
(TL1) vào TL2 tạo ra một xung vuông. Thời gian của xung vuông là bằng
3/10
chiều dài của dòng sạc được chia bởi vận tốc mà tại đó tín hiệu truyền từ bộ
chuyển đổi đến cuối ohmic cao của dòng này và quay trở lại bộ chuyển đổi.
Ở đây,10 m của cáp RG58 điển hình tạo ra một xung kéo dài 100-ns. Một bộ
dò băng thông lớn và bộ chuyển đổi theo đường tín hiệu đo điện thế và dòng
phản xạ từ bộ DUT (device under test). Phần mềm chuyên dụng LabVIEW
kiểm soát tất cả các thiết bị và chất chiết xuất từ các IDUT hiện tại (t) thông
qua và VDUT điện áp (t) trên thiết bị. Cuối cùng, một nguồn Keithley 2.612
mét được sử dụng để mô tả DUT
4/10
Trình tự đo lường được sử dụng để đẩy nhanh sự hình thành microwelding
là sau đây:

1. Chuyển VBIAS (MEMS actuated).
2. TLP 100 ns được đo tại một giá trị điện áp trước sạc tăng của
TL1 (xem Hình 1).
3. Chuyển đóng VBIAS (MEMS nominally unactuated).
4. Đo dòng điện giữa cổng đầu vào RF và cổng đầu ra RF trong
chế độ dc.
5. Xác nhận sự xuất hiện microwelding: Nếu điện trở so sánh với
được đo trong bước 4) thấp, thủ tục ngừng, hoặc nếu không, trình
tự sẽ được lặp đi lặp lại cho đến khi bộ chuyển đổi vẫn còn kẹt.
Thời gian và khoảng thời gian của chuyển đổi tín hiệu lệch được giải quyết
một cách cẩn thận để đảm bảo sự xuất hiện của các sự kiện TLP khi bộ
chuyển đổi hoàn toàn được kích nhưng giảm thiểu thời gian lệch chuyển đổi
(khoảng 800 ms) để giảm điện vấn đề sạc điên môi mà có thể đánh giá trạng
thái tồn tại của thiết bị.
Một minh chứng cho thấy rằng việc chuyển đổi vẫn còn bị mắc kẹt đã được
đưa ra bởi các phép đo biên dạng quang học thực hiện với Polytec MSA-
500.
5/10
Một ví dụ được báo cáo trong hình. 3
hiển thị so sánh các cấu hình chuyển đổi đo dọc theo trung tâm của màng
treo trước và sau khi ứng suất (stress). Sự khác biệt khoảng 1,5 micromet
trên các điểm liên lạc khu vực (khoảng cách không khí giữa màng treo và
phía dưới bảng tiếp xúc) đã chứng minh rằng việc chuyển đổi vẫn uốn cong
xuống khi không có độ lệch. Các phép đo địa hình được lặp đi lặp lại sau
nhiều tuần sau khi ứng suất (stress), có được cùng một kết quả, xác nhận
hiệu quả của sự hình thành microwelding. Để đánh giá hiệu quả của
microwelding TLP, màng treo các thiết bị chuyển mạch được thử nghiệm
cẩn thận loại bỏ, làm cho có thể nhìn thấy phía dưới điểm tiếp xúc. Một ví
dụ về việc hỏng trên các điểm tiếp xúc vàng-vàng của một chuyển đổi kẹp tự
do được thể hiện trong hình. 3 (b) và hình. 3 (c).

6/10
Các bước sau đó đã được lặp đi lặp lại bằng cách kiểm tra các loại hình khác
nhau của các thiết bị chuyển mạch kẹp kép và kẹp tự do với các hằng số
spring khác nhau (k), có kết quả tương tự. Hằng số spring được lấy từ các
phép đo (VPI).Điện cực khu vực kích thích (A), độ dày và khoảng cách
không khí (g), sử dụng công thức k = 27V 2 εA/8g3. Theo dự kiến, k càng
cao,thì TLP hiện tại càng cao,cần thiết để tạo ra việc hình thành
microwelding.
Việc so sánh các dòng hàn khác nhau của các loại hình chuyển đổi khác
nhau được thể hiện trong hình. 4.
7/10
Phần lớn các thiết bị vẫn còn microweld khi ứng suất s với các mức hiện tại
mức dưới 2 A, và một số thiết bị chuyển mạch với một thiết kế cải tiến vẫn
còn bị mắc kẹt ở mức hiện tại lớn hơn 6 A.
Để nghiên cứu các ảnh hưởng của dòng hàn với thời gian xung, TLP đã
được thay thế xung có trạng thái rắn Hp 8114A. Mặc dù dòng tối đa được
giới hạn 2A và thời gian tăng xung lớn hơn TLP, xung trạng thái rắn tắt thì
thay đổi thời gian xung một cách dễ dàng từ hàng chục nano giây tới phần
nghìn giây.
Sử dụng một Tektronix T CP0030 dc - dòng110-MHz để đo lường dòng xen
vào qua các điểm tiếp xúc chuyển đổi.
Hình 5, việc thay đổi chiều dài xung từ 100 ns đến 10 ms trên danh nghĩa bộ
chuyển đổi kẹp- tự do.
Theo dự kiến, xung càng dài, dòng các thấp để tạo ra việc hình thành
microwelding (bão hòa với một giá trị khoảng 0,3 A). Kết quản này có thể
giải thích với sự tăng nhiệt độ địa phương cao hơn trong điểm tiếp xúc gây
ra bởi dòng chảy cao hơn mặc dù với thời gian ngắn.
8/10
3. Kết luận:
Bài báo này giới thiệu một cách thiết lập dựa trên một TLP sử dụng để đẩy

mạnh hình thành microwelding trên thiết bị chuyển mạch ohmic R F-MEMS
với xung dài 100 ns. Hiệu quả của việc thiết lập đã được xác minh bằng cách
kiểm tra các loại hình khác nhau của thiết bị chuyển mạch kẹp tự do và kẹp
kép, bao gồm những giá trị mối hàn tương quan với thiết bị treo hằng số
Spring.
9/10
Kết quả như vậy cũng đã được xác minh với các phép đo biên dạng quang
học, xác nhận bởi microjoints có thể kéo dài ít nhất là vài tuần (có thể là
năm). Đẩy nhanh hình thành microwelding, sau đó có thể đánh giá nội tại
mạnh mẽ của các thiết kế khác nhau, nhưng nó cũng có thể được thông qua
việc kiểm tra dễ dàng hiệu quả hoạt động của cơ chế lưu trữ. Công việc này
sẽ tiếp tục cố gắng tìm ra một mối tương quan giữa hình thành microwelding
trong chế độ xung và theo chế độ RF liên tục nhấn mạnh, với các điều kiện
làm việc điển hình của chuyển mạch RF-MEMS
10/10