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Analyse der Dünnfilmdämpfung eines beidseitig eingespannten Mikrobalkens (vor Ort)

* Presenting author
Day / Time: 23.03.2022, 17:20-17:40
Room: 57-04
Typ: Regulärer Vortrag
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Abstract: Miniaturisierte MEMS-basierte Lautsprecher sind ein aktueller Entwicklungstrend für In-Ear-Audioanwendungen. Wenn ein Lautsprecher jedoch auf die Größe eines mikroelektronischen Chips schrumpft, unterscheidet sich die Physik von der makroskopischen Welt. Einerseits profitiert ein elektrostatischer MEMS-Lautsprecher von sehr kleinen Elektrodenabständen, die zu hohen Feldstärken und somit Kräften führen. Gleichzeitig verursacht die Strömungsdynamik der Luft starke Dämpfungseffekte in den mikroskopisch kleinen Kanälen eines µSpeaker-Chips, aber auch in dem elektrostatisch Spalt selbst. Kürzlich haben wir experimentell gezeigt, dass die erste Euler-Bernoulli-Biegemode ausreicht, um das Verhalten eines elektrostatisch angetriebenen Mikrobalkens über den gesamten Hub mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren. Dies führt zu einem ab-initio-Modellierungsansatz, der auf einer neuartigen Chebyshev-Edgeworth-Typ-Erweiterung basiert. Daraus leitet sich ein genaues Lumped-Parameter-Modell (LPM) für MEMS-Lautsprecher, welches einem einzigen Freiheitsgrad beinhaltet. In dieser Arbeit diskutieren wir den Einfluss der Mikrofluidik auf die Dämpfung eines Testlautsprecherdesigns basierend auf dem nanoscopic electrostatic drive (NED) Konzept. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) analysieren wir, wie die Druck- und Geschwindigkeitsverteilung mit den Euler-Bernoulli-Moden eines einfachen mikroskopischen Balken verknüpft ist, mit dem Ziel, die Dünnfilmdämpfung in das LPM einzubeziehen. Das Verständnis der verschiedenen Quellen der fluiddynamischen Dämpfung ist von großer Bedeutung für das Design von High-Fidelity-MEMS-Audiowandlern.
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