Rf mems anahtarının tasarım ve yorulma analizi
Design and fatigue analysis of rf mems switch
Yazar: RIZA MELİH KÖKSALLI
Danışman: DOÇ. DR. AHMET SİNAN ÖKTEM
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknolojinin hızla ilerlemesi mikro-nanoteknoloji uygulamalarını popüler hale
getirmiştir ve bu alanda önemli bir yere sahip olan mikro-elektromekanik sistemlerin
(MEMS) uygulamaları da doğru orantılı olarak artmıştır. MEMS grubuna ait Radyo
Frekansı (RF) uygulamaları özellikle haberleşme alanında çok önem kazanmıştır.
Bunun en önemli sebeplerinden birkaçı, çok düşük ekleme kaybı, çok düşük güç
gereksinimi ve yarı iletken anahtarlar kullanılarak daha yüksek izolasyon elde etme
gibi özellikleridir. Bu avantajları sayesinde oldukça popüler hale gelmişlerdir. RF
MEMS cihazların tasarımı için yapılan çalışmaların çoğunda ya statik ve yorulma
hesabı yapılmakta, ya çekme gerilme voltajı hesaplanmakta ya da üretim süreçleri
anlatılmaktadır. Bu 3 kriter birleştirilerek en verimli anahtar tasarımı ve üretimi için
yapılan çalışma sayısı literatürde yok denecek kadar azdır. Bu tezde eksik olan bu 3
kriterin de olduğu bir çalışma yaparak (statik, yorulma analizi, çekme voltaj hesabı,
üretim prosesi) daha etkili bir RF kiriş anahtar ortaya koymak hedeflenmiştir. Bu
tasarım da konsol tipi RF anahtar yapısının paralel plâka kapasitörleri göz önüne
alınarak tasarımı gerçekleştirilmiş ve sonlu elemanlar yöntemi ile statik analizi,
yorulma analizi ve analitik olarak da çekme voltajı sonuçları hesaplanmıştır. Bu
analizler devamlı yüke maruz kalan kiriş tipi anahtarın güvenli bir şekilde ve daha
uzun döngüde çalışması için oldukça önemlidir. Ayrıca incelenen yapıların daha
verimli hale gelmesi için geometri üzerinde iyileştirmeler yapılarak yorulma ömründe,
çekme gerilmesinde azalma sağlanmıştır.

Abstract:
The rapid advance of technology has made micro-nanotechnology applications
popular and the applications of micro-electromechanical systems (MEMS), which
have an important place in this field, have increased in proportion. Radio Frequency
(RF) applications belonging to MEMS group have gained importance especially in the
field of communication. Some of the most important reasons for this are features such
as very low insertion loss, very low power requirement and higher isolation using
semiconductor switches. Thanks to these advantages they have become quite popular.
In most of the work done for the design of RF MEMS devices, either static and fatigue
calculations are made, tensile stress voltage is calculated or production processes are
explained. By combining these 3 criteria, the number of studies for the most efficient
switch design and production is almost nonexistent in the literature. In this thesis, it is
aimed to reveal a more effective RF beam switch by conducting a study with these 3
criteria (static, fatigue analysis, tensile voltage calculation, production process) which
are missing in this thesis. In this design, the console type RF switch structure was
designed by taking parallel plate capacitors into consideration and the static voltage,
fatigue analysis and analytically pull in voltage results were calculated with the finite
element method. These analyzes are essential for the safe and long cycle operation of
the beam type switch, which is constantly exposed to the cycle load. In addition,
improvements have been made on geometry to make the structures examined more
efficient, thereby reducing fatigue life and pull in stress.