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本文论述了新型MEMS双稳态微电磁驱动器的研究。
与传统的微驱动器相比,微电磁驱动器具有体积小、重量轻、加工工艺稳定以及成本低等优点。MEMS微电磁驱动器有着巨大的市场潜力和广阔的应用前景。
设计了一种新型的电磁驱动型微驱动器,主要由平面线圈、铜弹性平台、坡莫合金驱动片和硅底座四部分组成。分别采用磁路定理和毕奥-萨伐尔定理,分析了本文所设计的平面线圈型电磁驱动的MEMS微驱动器,基于分段磁路的网络方程法,针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点,比较了考虑磁动势的分布效应和传统的集总处理两种方法所建立的平面线圈微驱动器的非线性磁路模型。在此基础上,提出了一种实现双稳态工作的驱动器结构,并对其磁路结构进行了进一步的估算。
研究了MEMS微电磁驱动器的加工工艺流程,该工艺主要采用全新的聚酰亚胺绝缘层工艺制作了平面线圈,详细讨论了聚酰亚胺的甩胶,热处理及磨抛等工艺,完成了这一关键部件的制作,具有工艺简单,成本低的优点。同时,采用微电铸工艺制作了弹性平台,制成的铜弹簧能很好的与驱动器工艺集成,降低器件的制作成本。
利用测量显微镜等设备测量了微电磁驱动器的输出特性,并根据实验结果讨论了我们建立的两种磁路模型的适用性。实验结果表明考虑线圈绕组半径不同而产生的分布效应可以为平面线圈型微驱动器建立可靠的模型,便于定量分析微驱动器结构物理参数对于磁通分布和电磁力的影响,从而为进一步优化设计该微电磁驱动器提供了理论分析依据。并通过实验找到了这种MEMS微电磁驱动器的双稳态工作点,验证了双稳态微电磁驱动器原型的可行性。