刮板式微致動器的理論與實驗研究.pdf

1、微致動器技術作為微機電系統(tǒng)技術的一個核心技術，越來越受到了國內外微機械專業(yè)領域內專家的關注。靜電刮板式微致動器(Scratch Drive Actuator，簡稱SDA)是微機電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical system，簡稱MEMS)中應用最為廣泛的致動器之一，具有單步位移為納米量級、實現(xiàn)連續(xù)步進致動、輸出力大、可控性好等特點。它主要應用在微型機械、納米儀器設備和納米加工設備中，如掃描探針驅動和樣品進給、大規(guī)

2、模集成電路制造中的多層壓印套刻及分布壓印對準技術等，在很多相關學科領域如生物醫(yī)學、航空航天技術等等都迫切需要納米級驅動和定位。本論文以SDA為對象，研究分析其運動機理和工作性能。 通過研究分析SDA的運動規(guī)律，確定其工作狀態(tài)及受力。在考慮表面硅加工工藝因素影響下，建立了SDA在受靜電力作用、支撐梁作用、基板反作用力下的力學模型，并與國外實驗驗證，證實理論模型的正確性。應用有限元分析軟件ANSYS對SDA進行仿真研究，分析了結構參

3、數(shù)對SDA主要性能的影響，并且研究了熱效應對SDA工作狀態(tài)的影響。在此研究基礎上，比較不同結構參數(shù)和工況參數(shù)SDA的性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨著SDA平板長度的增大，其臨界電壓迅速降低，其單步位移略有減小，而最大致動位移增大較快；隨著SDA墊塊高度的增大，其臨界電壓和單步位移值增大；SDA支撐梁剛度的減小將有利于其臨界電壓降低、單步位移增大；SDA驅動電壓幅度的增大將使單步位移近似呈線性增大。 本論文根據(jù)表面硅加工工藝要求，設計加工不同