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電熱驅動式機械鎖定微歐瑪爾OMAL開關的研究
MEMS微OMAL開關是采用MEMS技術制備的一類重要的元器件。它與傳統的OMAL開關相比,具有體積小、功耗低、接觸電阻小、響應速度快、易于電路集成批量制造等優點。主要介紹了一種電熱驅動式機械鎖定微OMAL開關,從結構設計、材料選擇、微加工工藝制備、性能測試等方面進行了研究。

電熱驅動式機械鎖定微歐瑪爾OMAL開關的研究
設計的微OMAL開關將兩個雙層膜電熱微驅動器,以懸臂梁形式構成OMAL開關的可動部件,并形成上下交錯的空間結構,通過機械鎖定實現雙穩態,從而克服電熱驅動器功耗大的缺點。主要的研究內容及結論包括以下幾點:首先,根據雙層膜電熱微驅動器基于雙金屬片效應的驅動模式,提出了整個微OMAL開關的工作原理,并在此基礎上介紹了微OMAL開關的實體結構,討論了雙層膜電熱微驅動器的驅動層和偏置層的材料選擇。采用熱力機械分析儀TMA重點分析了電泳漆聚合物材料的熱膨脹系數,所得結果為66.91e-5(K-1),并用此方法測試了電鍍鎳薄膜的熱膨脹系數(1.45e-5(K-1)),由于熱膨脹系數之間的較大差異,對雙層膜電熱微驅動器來說,這兩種材料是較合適的材料組合。利用所測得的材料參數,對單臂電熱微驅動器進行了ANSYS有限元仿真,比較了采用不同的電阻絲形狀設計的電熱微驅動器,在相同的加載條件下,位移場分布與溫度場分布的差異,從而進一步分析了微OMAL開關結構設計的合理性和可行性。然后,討論了電泳聚合物的制備和圖形轉移方法。設計了三個探索實驗,從與微OMAL開關加工工藝兼容的角度,比較了采用掩膜電沉積進行圖形轉移和傳統的掩膜刻蝕進行圖形轉移。得出傳統的圖形轉移方法能夠與微OMAL開關的加工工藝兼容,但是存在耗時長的缺點;掩膜電沉積的圖形轉移方法簡單快捷,但會使光刻膠炭化,在與微OMAL開關的加工工藝兼容方面存在一定的缺陷。于是引進了一種新型的低溫電泳漆,在120℃的條件下實現成膜固化,而不會對光刻膠產生影響。在探索實驗的基礎上,重點介紹了三維表面微加工工藝對微OMAL開關的制備,其中著重討論了制備工藝中與銅犧牲層刻蝕相關的工藝、關于Cr/Au種子層刻蝕的細節工藝步驟、低溫電泳漆在微OMAL開關中的應用。zui后,測試了微OMAL開關器件的性能。對微OMAL開關器件電學性能的測試,先從微OMAL開關的單臂梁入手,分析得出采用10%的占空比器件翹曲效果*,另外在考慮施加的峰值電流大小時,需要以電阻絲能承受的zui大功耗為依據。測試得到14Ω的單臂電熱微驅動器,在峰值電流為80mA,占空比為10%時,翹曲位移為58.1μm,能夠達到設計要求的56μm,初步驗證了所設計微OMAL開關的可行性。

電熱驅動式機械鎖定微歐瑪爾OMAL開關的研究
為保證微OMAL開關能夠實現雙穩態性能,提出了一種時序雙脈沖驅動方式,重點介紹了實現此驅動方式的時序電信號的設計原理與應用,包括仿真芯片、按鍵模塊和數碼管顯示模塊等。利用輸出此時序電信號的電路板搭建了測試平臺,結果在示波器中捕捉到了電熱微OMAL開關所連接的外部電路的導通信號,說明本次設計的電熱驅動式機械鎖定微OMAL開關能夠形成搭接,實現雙穩態。