Electroplated Aluminum Thermal Actuator with Large Force Output for Micro Position Control System

点击翻译按钮获取中文摘要

マイクロシステムでは、マイクロセンサ、制御回路、通信インタフェースの他、マイクロアクチュエータも重要である。微小電気機械システム（MEMS）を実用化するためには、小さな面積を占有しながら低消費電力で大きな撓みと発生力を提供できるマイクロアクチュエータが必要とされる。他の駆動方と比べ、熱アクチュエータは大きな発生力や発生距離を低電圧・電流で実現できる。しかし、熱アクチュエータを駆動するためには大量のエネルギーが必要とされ、消費電力が大きである。本研究では低消費電力を目指した熱アクチュエータを提案する。アルミニウムは、本来の熱アクチュエータとして使用される多結晶あるいは単結晶シリコンより10倍膨張率を持つ。同様な温度変化が加われた際にアルミニウムは10倍程度膨張し、低消費電力でも大きな発生力で駆動できる。金属薄膜をマイクロ熱アクチュエータとして応用するためには、主にめっき技術で成膜される。本研究では、大きな発生力を有するめっきアルミニウムを用いてマイクロ熱アクチュエータを目的にする。めっきアルミニウムをマイクロ熱アクチュエータとして応用するためには様々な材料特性の理解が必要である。本研究では、めっきアルミニウム膜の機械、電気及び熱特性を評価した。成膜条件及び微細構造の依存性も明確にした。また、均一性を向上させるための添加剤による影響も明確にした。これらの結果は、マイクロ熱アクチュエータに限らず、将来のめっきアルミニウムの様々なマイクロシステム応用への設計ガイドとして役に立つ。分析した機械特性をもとにし、めっきしたアルミニウムを用いて新たな微細加工プロセスプラットフォームを開発し、マイクロ熱アクチュエータを作製し、その動作を評価した。