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MEMS 가속도계의 성능분포 및 제조수율 예측
Prediction of the Performance Distributions and Manufacturing Yields of a MEMS Accelerometer 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.7, 2011년, pp.791 - 798  

김용일 (한양대학교 기계공학과) ,  유홍희 (한양대학교 기계공학과)

초록
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모든 기계 시스템의 변수는 불확실성을 가지고 이는 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칠 뿐 아니라 생산성 감소를 야기한다. 특히 MEMS 시스템의 크기는 매우 작으므로 일반적인 기계 시스템에 비해 제조 공차는 상대적으로 커질 수 밖에 없다. 이 제조 공차에 의한 시스템 변수 불확실성은 MEMS 시스템의 성능과 제조 수율에 영향을 미친다. 본 연구에서는 두 가지의 불확실성 해석법을 이용하여 MEMS 가속도계의 시스템 변수 불확실성에 의한 성능의 불확실성 해석을 수행하고 성능분포 및 제조수율을 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

All mechanical-system parameters have uncertainty, and this uncertainty directly affects system performances and results in a decrease in the manufacturing outputs. In particular, since the size of a MEMS system is extremely small, the manufacturing tolerances of a MEMS system are relatively large w...

주제어

#MEMS 가속도계   #불확실성   #민감도   #측정가능 주파수   #성능분포   #제조수율  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 기존 연구의 문제점은 MEMS 가속도계 시스템 변수 불확실성이 성능과 수율에 어떤 영향을 미치는지 파악할 수 없다는 것이다. 따라서 본 연구에서는 시스템 변수 불확실성이 MEMS 가속도계 성능에 미치는 영향의 정도를 분석하였다. 그리고 성능지수의 분포 및 제조 수율을 예측하였다.
  • 본 연구에서는 MEMS 가속도계 성능의 불확실성 해석을 수행하고 수율을 예측하였다. 먼저 MEMS 가속도계의 성능을 정의하고 매개변수 연구를 수행하여 시스템 성능곡선의 선형적인 경향을 파악하였다.
  • 성능분포와 제조수율 예측에 앞서 불확실성 해석 방법에 대하여 간단히 알아보고자 한다. 성능 지수 Y 를 시스템 변수의 함수라고 한다면 성능함수는 다음과 같다.

가설 설정

  • 그러나 Fig. 8(a)의 민감도 분포는 약간의 오차가 존재한다. 따라서 해당 시스템은 민감도에 대하여 비선형성을 가진다는 것을 알 수 있다.
  • 2와 같이 이상화 하여 모델링 하였다. 오일러 베르누이 빔으로 가정하였고 입력 가속도는 빔의 굽힘 방향으로만 가해진다고 가정하였다. 따라서 MEMS 가속도계의 운동방정식은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MEMS 기기의 크기는 일반 기계 시스템과 같은 공차 비율을 만족시키기 위해서는 많은 제조비용이 들어가는 이유는? MEMS 기기의 크기는 일반적인 기계 시스템의 크기에 비해 매우 작기 때문에 일반 기계 시스템과 같은 공차 비율을 만족시키기 위해서는 많은 제조비용이 들어간다. 따라서 MEMS 기기의 공차는 일반 시스템의 공차보다 상대적으로 크게 주어진다.
임의의 물성치를 가진 MEMS 가속도계 분석을 위해서는 민감도가 입력 주파수와 독립이어야 하는 이유는? 만약 MEMS 가속도계의 기하적 및 재료적 물성들이 결정된다면 민감도는 입력 주파수에 관한 함수로써 구해질 수 있다. 반면에 물성치들이 임의의 값을 가진다면 민감도는 구해질 수 없다. 그러므로 임의의 물성치를 가진 MEMS 가속도계 분석을 위해서는 민감도가 입력 주파수와 독립이어야 한다.
제시된 MEMS 가속도계는 어떤 구조인가? 1 과 같은 한 개의 진동질량과 한 개의 빔으로 이루어진 MEMS 가속도계가 사용되었다. 제시된 MEMS 가속도계는 외팔보 끝 단의 진동질량이 두 유리기판 사이에 매달려 있는 구조이다. 그리고 두 쌍의 전극이 유리기판 및 진동질량의 윗면과 아랫면에 붙어 두 개의 커페시터 역할을 하고 있다.
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참고문헌 (15)

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  14. Youn, B. D., Xi, Z., Wang, P., 2008, "Eigenvector Dimension Reduction (EDR) Method for Sensitivity-Free Probability Analysis," Struct Multidisc Optim Vol. 37, pp. 13-28. 

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  15. Bao, M., 2000, Handbook of Sensors and Actuators Volume 8 Micro Mechanical Transducers: Pressure Sensors, Accelerometers and Gyroscopes. Elsevier. 

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