Tugas Kapita Selekta
“Miniaturization“
Di Susun Oleh :
Nama : Sandi Sarfani
Nim
: 09011181320029
SISTEM KOMPUTER KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2016
Miniaturization
Gambaran evolusi miniaturisasi sistem rekayasa dan perangkat yang diprakarsai setengah abad yang lalu. Tren miniaturisasi lebih lanjut dari perangkat untuk skala atom utama tidak hanya akan terus akan menjadi teknologi dominan pembangunan di paruh pertama abad baru jika tidak ada lagi. pembangunan tersebut akan membutuhkan perubahan signifikan dalam setiap aspek desain dan pembuatan, serta produksi manajemen atas praktek teknik tradisional.
Produksi komponen perangkat miniatur dan rekayasa sistem mikro dan nano jelas di luar kemampuan peralatan mesin saat ini. Membentuk komponen perangkat geometri yang kompleks dalam skala mikrometer dengan akurasi dimensi tinggi memerlukan penggunaan proses fisik-kimia yang spesifik dan dikendalikan dengan hati-hati. Banyak dari proses ini menghasilkan efek samping atau intrinsik yang perlu diperhitungkan dalam tahap awal pertimbangan desain. Sifat dari ukuran menit dari produk ini juga menciptakan banyak masalah dalam perakitan, pengemasan dan pengujian.
pengantar
Abad ke-20 yang berakhir beberapa tahun yang lalu itu penuh kegembiraan untuk insinyur . salah satu akan menyimpulkan dari prestasi rekayasa besar disajikan pada Tabel 1 bahwa setiap salah satu dari ini prestasi telah memberikan kontribusi besar terhadap standar hidup yang tinggi yang kita nikmati saat ini .
Sementara tidak ada yang bisa memprediksi apa prestasi rekayasa besar di abad baru akan , banyak peneliti terkemuka berjanji bahwa prestasi ini akan jauh lebih signifikan untuk kesejahteraan manusia daripada yang disajikan pada Tabel 1 untuk abad terakhir . Tabel 2 menunjukkan beberapa produk industri memperkirakan bahwa kita bisa meramalkan terjadi pada akhir ini abad. Satu mungkin langsung setuju bahwa banyak dari produk industri masa depan yang tercantum adalah hasil dari prestasi teknologi baru yang memang jauh melampaui imajinasi kita.
Miniaturisasi - Sebuah Inspirasi oleh Richard Feynman
Dalam salah satu koran klasik yang paling sering dikutip dari waktu terakhir kami, Nobel Laureate oleh nama Richard Feynman menawarkan lapangan di mana sedikit yang telah dilakukan tapi di mana sebuah sejumlah besar dapat dilakukan dalam prinsip. Bidang ini adalah "Miniaturisasi ". Sistem biologis yang luar biasa Sekarang izinkan saya mengutip apa yang ia tulis di koran :
" Dalam sel terkecil semua informasi bagi organisasi makhluk yang kompleks seperti diri kita sendiri dapat disimpan. Semua informasi ini - apakah kita memiliki mata coklat atau bahwa dalam embrio tulang rahang yang pertama harus mengembangkan dengan lubang kecil di samping sehingga kemudian saraf dapat tumbuh melalui itu - semua informasi ini terkandung dalam fraksi yang sangat kecil dari sel di bentuk molekul DNA rantai panjang di mana sekitar 50 atom digunakan untuk satu bit informasi tentang sel".
Dia melanjutkan dengan menulis: "Biologi tidak hanya menulis informasi; itu adalah melakukan sesuatu tentang hal itu. "
Teknik dasar yang Feynman diusulkan untuk pembuatan miniatur perangkat dan sistem yang terlibat menguap bahan dan bahan isolasi terlampir ( dalam skala atom ) - lapisan demi lapis dengan sintesis kimia berikutnya. Ide yang berfungsi sebagai dasar dari apa yang kita sebut sebagai " nanoteknologi " hari ini.
Miniaturisasi - Core Manufacturing Teknologi abad ke-21
Sementara prediksi Dr. Feynman di miniaturisasi mungkin telah termotivasi oleh sendiri keingintahuan ilmiah, keyakinan dan kenyataannya adalah bahwa miniaturisasi juga masuk akal ekonomi. Telah ada peningkatan permintaan oleh konsumen untuk produk cerdas dan multi-fungsional. Misalnya, debut telepon seluler genggam menetapkan satu dekade lalu merevolusi lisan telekomunikasi antara orang di seluruh dunia. Kita sekarang memproduksi set yang sama tidak hanya untuk transceive pesan suara tetapi mereka juga dapat transceive gambar warna dan gambar video, e-mail, serta akses ke Internet. perangkat cerdas dan multifungsi tersebut memiliki menjadi fakta kehidupan modern-hari untuk miliaran orang dalam masyarakat kita. tren permintaan pasar ini untuk cerdas, produk konsumen multi-fungsional hanya dapat dipenuhi dengan kemasan lebih dan lebih sensor, aktuator dan prosesor menjadi produk jadi lebih kecil. Hanya ada satu cara yang industri dapat mencapai paradigma baru ini permintaan pasar. Itu adalah "miniaturisasi".
Miniaturisasi juga membuat banyak akal rekayasa karena saya akan meringkas di bawah ini : 1. sistem kecil dapat bergerak atau berhenti lebih cepat dari sistem yang lebih besar karena rendah mekanik kelembaman. Mereka dengan demikian ideal untuk gerakan presisi dan untuk aktuasi cepat .
2. sistem miniatur mengalami distorsi kurang panas dan getaran mekanik karena rendah massa.
3. perangkat miniatur sangat cocok untuk aplikasi biomedis dan kedirgantaraan karena ukuran menit mereka .
4. sistem Kecil memiliki stabilitas dimensi yang lebih tinggi pada suhu tinggi karena penerbangan termal ekspansi.
5. Ukurannya lebih kecil dari sistem berarti kebutuhan ruang kurang . Fitur ini memungkinkan kemasan komponen yang lebih fungsional dalam satu perangkat . 6. Kurang kebutuhan material dalam sistem yang lebih kecil berarti biaya produksi yang
rendah dan angkutan.
7. Menjadi kecil , mereka dapat diproduksi massal dalam batch.
Microsystems Technology
Istilah "micromachining" diciptakan pada tahun 1982. Ini adalah teknologi yang menghasilkan perangkat komponen yang berkisar dari satu mikrometer ke satu milimeter. Untuk memberikan gambaran mikro timbangan, satu mikrometer adalah sekitar sepersepuluh diameter rambut manusia . Microsystems yang termasuk " sistem microelectromechanical " (MEMS) telah diproduksi dengan menggunakan banyak teknik fabrikasi mikro yang sama dikembangkan untuk IC . Ringkasan Microsystems tersedia produk disajikan pada Gambar 2.
Banyak produk yang disajikan pada Gambar.2 telah berhasil dikomersialkan. Itu diproyeksikan pendapatan MEMS dan Microsystems adalah di kisaran $ 12 sampai $ 132.000.000.000 dengan Tahun 2005. keberhasilan komersial beberapa produk ini dan
prospek pasar berkembang ditunjukkan pada Gambar 3. Terlepas dari kenyataan bahwa hampir semua teknik fabrikasi mikro yang dikembangkan untuk produksi IC digunakan secara ekstensif untuk MEMS berbasis silikon dan Microsystems, ada perbedaan yang signifikan dalam desain dan pembuatan produk-produk ini seperti yang dirangkum dalam Tabel.3.
Nanoteknologi - The Ultimate Miniaturisasi
Nanoteknologi seperti yang terinspirasi oleh presentasi Richard Feynman pada tahun 1959, adalah munculteknologi manufaktur yang akan memungkinkan para insinyur untuk memproduksi perangkat dan struktur di skala nanometer. Satu nanometer (nm) adalah sama dengan 10-9 meter yang lain adalah 3 perintah besarnya lebih kecil dari mikrometer. Sepuluh atom hidrogen bahu-ke-bahu rentang satu nanometer. Satu mungkin melihat nanoteknologi
sebagai seni ilmu membangun kompleks praktis perangkat dengan presisi atom dengan sifat yang diinginkan dan karakteristik. Struktur ini terbuat dari 60 atom karbon dikemas dalam bentuk bola dengan diameter 0,7 nm. Ada telah sejak struktur nano geometri lainnya partikel, kabel dan tabung yang terbuat dari karbon, silikon, galium nitrida dan lainnya bahan semikonduktor yang dihasilkan oleh para ilmuwan dan insinyur dari berbagai belahan dunia. Saat ini, aplikasi utama partikel nano dalam penemuan obat dan pengiriman, sedangkan kawat nano dan tabung yang digunakan untuk gerbang dan switch di nano elektronik dan perangkat. Dasar geometri struktur nano ini kemungkinan akan menyebabkan produksi roda gigi dan bantalan di nano sisik di masa mendatang.
Pembuatan komponen perangkat nano melibatkan berikut tiga langkah utama : Langkah 1 : Isolasi atom bahan yang dipilih :
mikroskop atom ( AFM ) dan Scanning tunneling mikroskop ( STM ) digambarkan pada Gambar 4 digunakan untuk mengisolasi atom, biasanya dari "lunak" bahan seperti emas. Itu AFM digunakan untuk atom "push" dari permukaan bahan dasar dalam diinginkan arah, sedangkan STM yang digunakan untuk menghancurkan ikatan atom pada permukaan peduli dengan lokal meledaknya arus listrik di ujung probe.
Langkah 2 : Majelis atom longgar :
atom melonggarkan yang "diangkut" ke lokasi yang diinginkan untuk membentuk bentuk dimaksudkan dengan ujung yang sama dari AFM atau dengan jarum - ujung probe dari STM yang digunakan dalam "breakingloose" atom tersebut .
Langkah 3 : Re - ikatan atom :
kimia sintetik adalah teknik yang biasa digunakan untuk ikatan atom agregat. Para ilmuwan di seluruh dunia juga mengembangkan cara biologis untuk tujuan yang sama. "Mesin molekuler Alam" yang terlibat dalam protein menghasilkan, enzim dan antibodi yang kandidat utama untuk tujuan tersebut . Berbagai upaya telah dilakukan oleh para insinyur dan ilmuwan di komputer dan "Chip" perusahaan untuk mengembangkan "satu-elektron transistor" dan sirkuit nanotube. transistor elektron tunggal kerja pada prinsip memanipulasi arah spin elektron tunggal untuk bertindak sebagai "on dan off" switch. sistem
nanoelectromechanical (NEMS) akan selangkah lebih dekat dengan kenyataan pada Keberhasilan perkembangan tersebut.
Miniaturisasi di Mikro dan Nano Scales
Gambar 1 menunjukkan bahwa dua perkembangan teknologi saat ini berkaitan dengan miniaturisas teknologi perangkat dan sistem rekayasa Microsystems (MST) yang dimulai pada tahun 1947 dan lebih perkembangan baru dalam nanoteknologi (NT). Perkembangan MST telah mencapai tahap kematangan bahwa banyak produk miniatur seperti yang disajikan pada Gambar 2 telah dibuat tersedia untuk konsumen. Produk yang kami harapkan dari nanoteknologi, bagaimanapun, tetap futuristik seperti yang disajikan pada Tabel 2.
Gagasan tersebut terbukti tidak benar. Perbedaan mendasar antara kedua teknologi ini adalah bahwa MST adalah "top-down" Pendekatan, sedangkan NT adalah pendekatan "bottom-up". Ilmu-ilmu, di mana teknologi ini membangun, berbeda juga. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4, teknologi MST dibangun di atas kerangka fisika solid-state, sedangkan NT berasal dari teori-teori yang jauh lebih kompleks dari kuantum fisika dan mekanika kuantum. Beberapa perbedaan lain antara dua teknologi yang disajikan pada tabel di bawah. Kami dengan demikian yakin bahwa "nanoteknologi TIDAK alami evolusi, atau ekstrapolasi dari teknologi Microsystems.
Sebuah laporan baru pada prospek nanoteknologi menunjukkan bahwa meskipun diperkirakan penjualan Bucky - bola , tabung nano dan bahan nano lainnya hanya menyumbang $ 50 juta dalam 2001, produk yang dibuat sebagian dengan bahan nano senilai $ 26500000000. Ada demikian cukup insentif bagi pemerintah dan industri di negara-negara maju untuk berinvestasi di pengembangan produk nano.
Miniaturisasi - pergeseran paradigma besar dalam manufaktur maju
Tidak ada keraguan bahwa industri manufaktur menghadapi tantangan besar di memproduksi perangkat miniatur dan sistem rekayasa dalam skala mikro dan nano, dan sistem cerdas dan mampu ultimate mirip dengan sistem biologis yang Dr. Feynman dijelaskan dalam makalahnya. Produksi produk ini akan mewakili pergeseran paradigma besar dalam manufaktur untuk industri antara praktek saat masa lalu.
1. Pergeseran dari Machine Tools untuk Proses Manufaktur
produk miniatur dalam skala mikro disajikan pada Gambar.2 yang diproduksi dengan menggunakan teknik fabrikasi mikro yang dikembangkan untuk IC. Tabel 5 menguraikan banyak dari teknik fabrikasi. mungkin mudah mengamati dari Tabel 5 bahwa teknik fabrikasi ini melibatkan physicalchemical proses, dan tidak ada alat mesin seperti mesin CNC atau material handling robot yang terlibat dalam proses ini.
Teknologi saat ini produk manufaktur di nano - skala mungkin melibatkan beberapa hardware alat seperti AFM, tapi sekali lagi itu adalah sebagian besar oleh proses fisika-kimia. Satu dapat mengharapkan berat keterlibatan prosedur biologis dan proses dalam proses nanofabrication canggih. Bagaimana mengembangkan fasilitas manufaktur dan infrastruktur terkait untuk mikro dan nanofabrication proses , dan kontrol presisi tinggi dari proses ini akan menjadi tantangan besar untuk industri.
2. Pergeseran utama dalam Strategi Produksi :
Volume produksi yang paling Microsystems kurang dari 100.000 unit yang jauh dari volume produksi khas dalam manufaktur maju tradisional. Sebuah komplikasi lebih lanjut adalah bahwa sebagian besar produk ini melibatkan integrasi kompleks komponen listrik - mekanik.
Baru strategi mengenai produksi melibatkan peralatan padat modal hemat biaya untuk rendah dan volume produksi media harus dikembangkan dan diimplementasikan. Saya melihat peluang baru di mengembangkan "sistem produksi yang fleksibel" mirip dengan Sistem Manufaktur Fleksibel (FMS) untuk produk tradisional untuk produk skala mikro.
3. Pergeseran Kemasan dan Praktek Majelis :
Karena ukuran menit belaka produk ini set lengkap alat-alat baru dan perlengkapan harus dirancang dan dikembangkan untuk kemasan dan perakitan komponen halus.
4. Pergeseran Verifikasi Produk dan Jaminan Kualitas:
Kurangnya metodologi dan alat untuk pengukuran geometri yang akurat serta pengujian kinerja dari produk jadi ukuran menit telah membuat jaminan kualitas sangat sulit dan membosankan dalam proses. Masalah ini diperparah oleh kurangnya standar dalam hal verifikasi produk dan jaminan kualitas.
5. Pergeseran Sumber Daya Manusia Efektif Persyaratan:
Insinyur tenaga kerja utama dalam industri manufaktur tradisional. Sebuah perubahan besar dalam paradigma keterlibatan manusia di bidang manufaktur mikro dan nano akan menjadi suatu keharusan. Kedua Microsystems dan nano-teknologi memerlukan penerapan prinsip-prinsip dalam ilmu dasar serta berbagai disiplin ilmu teknik seperti digambarkan pada Gambar.5. tim kuat melibatkan multidisiplin keahlian seperti yang ditunjukkan pada Gambar.5 adalah kunci keberhasilan dalam desain dan pembuatan produk miniatur baik mikro atau skala nano. Kebutuhan bisnis yang efektif dan manajemen teknologi membutuhkan penambahan manajemen bisnis dan keahlian pemasaran di tim seperti yang ditunjukkan pada Gambar.6.
Ada tantangan besar untuk industri untuk memanfaatkan dari teknologi ini. Berikut adalah masalah teknis beberapa yang akan menantang industri manufaktur.
Tantangan dalam desain produk : Masalah pertama yang insinyur akan menghadapi adalah apa alat analisis untuk digunakan dalam desain mereka.
Analisis: Pada skala , misalnya kurang dari satu mikrometer, kebanyakan teori dan prinsip-prinsip diturunkan untuk teori kontinum menjadi tidak memadai untuk desain analisis dan simulasi.
