基于纵横弯曲的微驱动器分析设计

摘要

微驱动器作为MEMS的一个重要分支，近年倍受关注。目前，微驱动器发展的趋势是实现低驱动电压、大驱动位移与快速响应。本文设计的微驱动器，可用于汽车安全气囊感应点火系统、航天器整流罩脱落触发装置、RF微开关、相控阵天线等方面。
　　 本文设计微驱动器要求与目的：调节、驱动电压小于等于5V，驱动位移大于等于10μm，并实现快速响应。论文主要包括如下内容：
　　 1.基于压杆屈曲、纵横弯曲、静电驱动等原理及MEMS技术，建立直梁与折梁两种结构形式的微驱动器模型。
　　 2.对微驱动器进行静力分析，用ANSYS软件对直梁进行屈曲分析，最大位移可达335μm；基于纵横弯曲原理，分析了横向力与轴向力对微驱动器位移的影响；详细分析了轴向力的组成，即装配挤压力、调节电压产生的静电调节力与加工工艺过程中温度应力，最后获得位移随各个影响因素的变化关系曲线。
　　 3.用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对两种结构形式的微驱动器进行模态分析与动力耦合分析，获取了两种结构前五阶模态频率及电压-位移曲线图，驱动电压为5V时，直梁结构微驱动器驱动位移为10.8μm，响应时间为2.6ms；折梁结构微驱动器驱动位移为14.7μm，响应时间1.2ms。
　　 4.本文设计的微驱动器符合设计要求，即调节、驱动电压小于等于5V，位移大于10μm，响应时间在3ms以内，实现了低驱动、大位移、快速响应目的。
　　 5.根据设计结果绘制出微驱动器三维模型图与各部件工程图。