電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器.pdf

1、本論文設(shè)計了一種電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器，在對其進(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)果開展了制備研究，并對相關(guān)性能進(jìn)行了測試。 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)動器對繼電器的性能起決定性作用。在各種MEM

2、S驅(qū)動機(jī)制中，熱機(jī)械（電熱）驅(qū)動器具有驅(qū)動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，但是熱驅(qū)動功耗大，穩(wěn)態(tài)設(shè)計是其解決之道。 本論文提出的永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)與電熱驅(qū)動機(jī)制相結(jié)合的新型繼電器設(shè)計，不同于現(xiàn)有的各種機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)設(shè)計，獨特的分立結(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)動器中，制備低功耗的電熱型MEMS繼電器，使電熱微驅(qū)動器的設(shè)計技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上

3、向前邁進(jìn)一步，從而克服熱驅(qū)動器的缺陷，顯著提升熱驅(qū)動繼電器的整體性能，推動技術(shù)升級。 本研究首先通過理論分析論證雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制的合理性，同時運用有限元法對電熱驅(qū)動器和雙穩(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)行了一系列的單項工藝研究，分別成功制備了電熱微驅(qū)動器和永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)。最后用開發(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)動器的響應(yīng)時間為2ms；永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)成功實現(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，在輸入信號在2GHz處的插入損耗為0.09dB；在斷開狀態(tài)下，在輸入信號在2GHz處的隔離度為45dB。 電熱型永磁雙穩(wěn)態(tài)MEMS繼電器的尺寸較小；其熱驅(qū)動器響應(yīng)時間合適；永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)無功耗姿態(tài)保持，與熱驅(qū)動器匹配較好，同時也具備良好的電學(xué)性能。若將永磁雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)與熱驅(qū)動器聯(lián)