柔順機(jī)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)電熱微驅(qū)動(dòng)器技術(shù)研究.pdf

1、微驅(qū)動(dòng)器是微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, MEMS)的重要組成部分,用于構(gòu)成其中的驅(qū)動(dòng)或執(zhí)行單元,擔(dān)負(fù)著微系統(tǒng)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)和力的傳遞及對系統(tǒng)信息進(jìn)行響應(yīng)等功能。而雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)是指在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)具有兩個(gè)穩(wěn)定平衡位置的一種機(jī)構(gòu),這種機(jī)構(gòu)在其一部分運(yùn)動(dòng)過程中存儲能量,而當(dāng)其向另一個(gè)穩(wěn)定平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)釋放能量。這種機(jī)構(gòu)在受到外界比較小的擾動(dòng)時(shí)會自動(dòng)回到其穩(wěn)定平衡位置上,而且這種機(jī)構(gòu)具有無需能量輸入

2、且不論有無外界擾動(dòng)都能位于一個(gè)適當(dāng)平衡位置的特性。本文運(yùn)用MEMS非硅技術(shù),并基于柔性機(jī)械原理將這兩種機(jī)構(gòu)單元結(jié)合在一起,為實(shí)現(xiàn)微繼電器打好了基礎(chǔ),此種微繼電器有別于傳統(tǒng)繼電器必須靠電磁力才能開閉的特點(diǎn),無需外力持續(xù)輸入即可保持穩(wěn)態(tài),且具有體積小,加工成本低,工藝可靠等特點(diǎn)。聚合物材料以其熱膨脹系數(shù)優(yōu)勢成為電熱微驅(qū)動(dòng)器的良好驅(qū)動(dòng)介質(zhì);金屬嵌入式Su-8光刻膠復(fù)合材料,能夠充分利用聚合物和金屬材料各自的特點(diǎn),并且擁有直接光刻成型的優(yōu)勢。本

3、文在此基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有的工藝設(shè)計(jì)和器件本身結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,測試結(jié)果表明這樣的改進(jìn)提高了器件性能。同時(shí)在制備過程中,本文開發(fā)出一套適用于MEMS工藝的Zn犧牲層標(biāo)準(zhǔn)化工藝。本文在自鎖定部分,對所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析計(jì)算分析,以確保與驅(qū)動(dòng)部分集成后的工作可行性。計(jì)算結(jié)構(gòu)表明所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以被驅(qū)動(dòng)器所驅(qū)動(dòng),同時(shí)能完成雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換。在制備過程中,本文依據(jù)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)出一套適用于MEMS非硅微加工工藝的微鉸鏈制備技術(shù),打破了傳統(tǒng)非