靜電梳齒驅動微夾鉗的設計與制造.pdf

1、本文主要是介紹一種通過有限元仿真分析進行微夾鉗設計的方法。首先以設計目標量化方法進行微夾鉗的總體設計。然后通過微夾鉗的梳齒驅動單元有限元仿真設計，微夾鉗機械結構有限元仿真設計，詳細設計微夾鉗的梳齒驅動單元，微夾鉗的機械結構。并依托北京大學微電子所的MEMS體硅工藝線，設加工制造出微夾鉗微夾鉗器件。通過初步的測試，進一步驗證了微夾鉗的設計。
　　 本文提出了基于目標量化方法的微夾鉗總體設計，首先按照需求和材料性能限制提出總體的設計

2、目標。然后按照目標量化的方法將總體目標細化分解。
　　 使用了ANSYS通用有限元仿真軟件對微夾鉗的機械結構進行仿真設計，通過微夾鉗的結構中雙端固支梁和位移放大杠桿結構的分析，以及有限元的靜力分析，分析微夾鉗開口度是否滿足要求，微夾鉗的應力強度是否超過許用應力值。同時進行模態(tài)分析，為微夾鉗的驅動頻率和模式提供參考。最后還通過瞬態(tài)分析，驗證了瞬態(tài)分析和靜力分析的一致性。
　　 使用了ANSYS通用有限元仿真軟件對梳齒驅動單

3、元進行仿真設計。首先通過建立橫向梳齒驅動靜電場有限元模型，分析了驅動電壓、縫隙大小、梳齒的長度、以及梳齒厚度等關鍵參數(shù)靜電力輸出的影響。同時利用ANSYS中電容提取模塊CMATRIX，從靜電力產(chǎn)生的根本原理，進行進一步驗證了理論公式的正確性。
　　 本文還針對傳統(tǒng)ANSYS靜電場有限元模型中存在誤差大于16％以上的現(xiàn)象進行剖析，倒角補償模型方法，通過調整倒角的半徑可以使誤差降低到6％左右，再同時使用端部電場區(qū)域網(wǎng)格進行局部再細化