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本电磁双稳态微继电器是一种基于MEMS(微机电系统)技术开发的一种新型的电磁驱动、永磁保持的双稳态微系统。继电器是自动和远距离操纵用的一种控制器件,作用是反应某一输入信号的变化,来操纵功率不大的电路,起到控制、保护和调节作用。主要是应用于自动控制系统、电气系统、电力保护系统、通讯系统以及仪器仪表等系统中。电磁驱动型微继电器由于工艺复杂,所以目前常采用贴装组合结构类型,这种结构存在精度低、可靠性差等缺点,而且还有常采用的平面双层线圈结构,它存在电阻大、驱动电压高、驱动力小等缺点,现在也没有得到大规模生产应用,本文针对以上现实中的缺点,基于表而微加工工艺提出了一套结构一体的工艺流程和新型的单层驱动线圈结构,其具有结构简单、体积小、成本低、可靠性高、寿命长、可批量化生产、节能等特点。论文主要内容如下:
首先对电磁微继电器国内外研究现状进行了论述,分析对比了电磁驱动原理继电器的研究成果,并综述了微型继电器的未来发展方向;其次设计了一种新型结构的双稳态继电器,通过对电磁继电器的结构及磁场理论进行深入的研究,建立继电器扭转梁的结构数学模型,推导了模型的理论公式,然后对继电器的磁场和磁路进行理论分析,建立模型推导理论计算公式,并借助Matlab计算工具进行理论和优化计算,由此得到了双稳态继电器的结构参数和理论性能参数;再次对继电器制作过程中所应用到的关键工艺进一步深入研究,主要有硅的湿法刻蚀工艺、电镀工艺、牺牲层工艺、释放工艺及其永磁薄膜制作工艺等,为继电器芯片的实际制作工艺的参数选择和工艺流程确定提供了依据,并设计优化了一套切实可行的继电器制作工艺流程,对在制作流程中常用的溅射工艺、氧化工艺、光刻工艺、干法刻蚀(RIE)工艺进行了进一步介绍;最后利用计算机软件如intellisuite、Ansys等,针对本课题所设计的双稳态电磁继电器结构和工艺,进行了工艺仿真、机械结构仿真以及磁场仿真分析,更进一步为本课题的设计提供依据。
总之,本文介绍了一种新型结构的电磁双稳态微继电器的设计,并对电磁双稳态微继电器所涉及的理论基础及加工制作工艺进行研究和探索。