刮板式微致動(dòng)器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微致動(dòng)器技術(shù)作為微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)核心技術(shù)，越來越受到了國內(nèi)外微機(jī)械專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)專家的關(guān)注。靜電刮板式微致動(dòng)器(Scratch Drive Actuator，簡稱SDA)是微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical system，簡稱MEMS)中應(yīng)用最為廣泛的致動(dòng)器之一，具有單步位移為納米量級(jí)、實(shí)現(xiàn)連續(xù)步進(jìn)致動(dòng)、輸出力大、可控性好等特點(diǎn)。它主要應(yīng)用在微型機(jī)械、納米儀器設(shè)備和納米加工設(shè)備中，如掃描探針驅(qū)動(dòng)和樣品進(jìn)給、大規(guī)

2、模集成電路制造中的多層壓印套刻及分布?jí)河?duì)準(zhǔn)技術(shù)等，在很多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域如生物醫(yī)學(xué)、航空航天技術(shù)等等都迫切需要納米級(jí)驅(qū)動(dòng)和定位。本論文以SDA為對(duì)象，研究分析其運(yùn)動(dòng)機(jī)理和工作性能。 通過研究分析SDA的運(yùn)動(dòng)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(xué)模型，并與國外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)理論模型的正確性。應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)SDA進(jìn)行仿真研究，分析了結(jié)構(gòu)參

3、數(shù)對(duì)SDA主要性能的影響，并且研究了熱效應(yīng)對(duì)SDA工作狀態(tài)的影響。在此研究基礎(chǔ)上，比較不同結(jié)構(gòu)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(dòng)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(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)加工不同