Sviluppo di un setup di caratterizzazione a fatica per microspecchi MEMS ad elevato angolo di scansione

An increasing growth of the development of MEMS micromirrors is observed nowadays, mainly driven by the technological progress of systems for augmented reality, picoprojectors and autonomous vehicles. For these applications it is important to develop micromirrors with high scanning angle, that can withstand billions of operating cycles without aging. It is therefore important to study the effects of fatigue on micromirrors and the maximum level of stress that can be applied to avoid damage accumulation that could compromise their operation. After an introduction on different types of micromirrors and their operation (Chapter 1), the phenomenon of fatigue on silicon microstructures will be briefly explained (Chapter 2). In the following part (Chapter 3), the development and realization of an electronic board and setup to test the effects of fatigue on piezoelectric micromirrors will be discussed. Finally, the last part of this thesis (Chapter 4) will present the experimental results. These results highlight an absence of damage accumulation, evaluated observing the variations of the resonance frequency of the micro-mechanical structure during more than a billion of cycles at optical scanning angles higher than 90°.

Lo sviluppo di microspecchi MEMS vede oggigiorno una costante crescita, guidata per lo più dall’avanzamento tecnologico nei sistemi per realtà aumentata, per pico proiezione e per guida autonoma. Per queste applicazioni risulta di particolare interesse lo sviluppo di microspecchi che permettano angoli di scansione elevati, pur mantenendo la capacità di operare senza fenomeni di invecchiamento su miliardi di cicli operativi. È quindi importante studiare il comportamento a fatica dei microspecchi e individuare i valori massimi di stress che possono tollerare, senza che l’eventuale accumulo di danno comprometta il loro funzionamento. Dopo un’introduzione su diverse tipologie di microspecchi e sul loro funzionamento (Capitolo 1), verrà presentato il fenomeno della fatica nelle microstrutture in silicio (Capitolo 2). Verranno in seguito discussi lo sviluppo e la realizzazione di una scheda elettronica e di una attrezzatura sperimentale per effettuare test a fatica su microspecchi ad attuazione piezoelettrica (Capitolo 3). L’ultima parte della Tesi (Capitolo 4) presenterà i risultati sperimentali. Essi evidenziano una sostanziale assenza di accumulo di danno, valutata osservando variazioni della frequenza di risonanza della struttura micromeccanica, fino a oltre un miliardo di cicli per angoli di scansione ottica superiori a 90°.