Multiscale finite-element models for predicting spontaneous adhesion in MEMS

Modèles multi-échelle à éléments-finis pour l’analyse de l’adhésion spontanée dans les micro-systèmes-électro-mécaniques

Department of Structural Engineering, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci, 32, 20133 Milan, Italy

^a Corresponding author: attilio.frangi@palimi.it

Received: 9 July 2010
Accepted: 12 July 2010

Abstract

This paper aims at the formulation of a computational model for the simulation of adhesion phenomena in micro-electro-mechanical systems (MEMS) under various environmental conditions. The present approach is based on finite-element (FE) simulations of a representative part of the surface. The micro-scale analyses include the contact behaviour of the asperities and different “proximity interactions” like Van der Waals and capillary forces. The model is first validated in the simple case of a sphere over a flat surface and then applied to a realistic surface sample.

Résumé

On présente la formulation d’un modèle numérique pour la simulation de phénomènes d’adhésion spontanée dans les microsystèmes-électro-mécaniques (MEMS) en fonction des conditions de fonctionnement. L’approche proposée se base sur l’analyse à éléments-finis d’une portion de surface représentative. L’analyse à micro-échelle prend en compte, avec des modèles phénoménologiques simplifiés, le comportement mécanique des aspérités et les différentes interactions de « proximité » telles que les effets de la capillarité et des forces de Van der Waals.