電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器.pdf

1、本論文設(shè)計(jì)了一種電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器，在對(duì)其進(jìn)行了仿真模擬分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)后根據(jù)結(jié)果開(kāi)展了制備研究，并對(duì)相關(guān)性能進(jìn)行了測(cè)試。 現(xiàn)有主要繼電器可分為機(jī)電繼電器和固態(tài)繼電器。機(jī)電繼電器綜合性能好，但難以微型化和集成化；固態(tài)繼電器易于微型化和集成化，但綜合性能難以提升。MEMS繼電器被廣泛認(rèn)可為機(jī)電繼電器微型化和陣列化發(fā)展的主要方向之一，它可以成為具備性能優(yōu)良的微型繼電器。其中微驅(qū)動(dòng)器對(duì)繼電器的性能起決定性作用。在各種MEM

2、S驅(qū)動(dòng)機(jī)制中，熱機(jī)械（電熱）驅(qū)動(dòng)器具有驅(qū)動(dòng)電壓低而輸出力矩大，尺寸效應(yīng)不太顯著，相同尺度下體積功率密度高等特點(diǎn)，但是熱驅(qū)動(dòng)功耗大，穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)是其解決之道。 本論文提出的永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)與電熱驅(qū)動(dòng)機(jī)制相結(jié)合的新型繼電器設(shè)計(jì)，不同于現(xiàn)有的各種機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)，獨(dú)特的分立結(jié)構(gòu)形式使其有望達(dá)到更優(yōu)良的技術(shù)參數(shù)。我們希望研制出永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)并將其應(yīng)用到電熱型MEMS驅(qū)動(dòng)器中，制備低功耗的電熱型MEMS繼電器，使電熱微驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上

3、向前邁進(jìn)一步，從而克服熱驅(qū)動(dòng)器的缺陷，顯著提升熱驅(qū)動(dòng)繼電器的整體性能，推動(dòng)技術(shù)升級(jí)。 本研究首先通過(guò)理論分析論證雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制的合理性，同時(shí)運(yùn)用有限元法對(duì)電熱驅(qū)動(dòng)器和雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，從而得到優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨后進(jìn)行了一系列的單項(xiàng)工藝研究，分別成功制備了電熱微驅(qū)動(dòng)器和永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)。最后用開(kāi)發(fā)出的鋅犧牲層工藝將兩者進(jìn)行聯(lián)合制備以獲取電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器。 該電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器的總體尺寸為4.5mm

4、×2.6mm。其中熱驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)時(shí)間為2ms；永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)成功實(shí)現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)保持功耗為0，穩(wěn)態(tài)切換力小于0.1mN，永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)在接通狀態(tài)下，在輸入信號(hào)在2GHz處的插入損耗為0.09dB；在斷開(kāi)狀態(tài)下，在輸入信號(hào)在2GHz處的隔離度為45dB。 電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器的尺寸較?。黄錈狎?qū)動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間合適；永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)功耗姿態(tài)保持，與熱驅(qū)動(dòng)器匹配較好，同時(shí)也具備良好的電學(xué)性能。若將永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)與熱驅(qū)動(dòng)器聯(lián)