MEMS电磁驱动器的理论分析与实验研究

摘要

与传统的微驱动器相比，微电磁驱动器具有体积小、重量轻、加工工艺稳定以及成本低等优点。MEMS 微电磁驱动器有着巨大的市场潜力和广阔的应用前景。 本文研究的电磁型微驱动器主要由平面线圈、铜弹性平台和中央硅垫片三部分组成。采用磁路定理分析了本文制作的平面线圈型电磁驱动MEMS 微驱动器，基于分段磁路的网络方程法，针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点，在传统的集总磁动势模型基础上，建立了动态分布磁动势磁路模型；并综合考虑气隙变化对电磁力的影响，对驱动力的计算进行了修正。 采用微细加工技术制作了这种微电磁驱动器。主要采用聚酰亚胺绝缘层工艺制作了平面线圈，讨论了聚酰亚胺的甩胶，热处理及磨抛等工艺，完成了器件绝缘部分的制作。同时，本文采用微电铸和湿法刻蚀工艺制作了铜弹性平台，并通过在铜弹性平台背面电镀一层坡莫合金的方法来制成衔铁，采用湿法刻蚀工艺制作了硅垫片，用来调整器件的工作气隙。 利用测量显微镜等设备测量了微电磁驱动器的输出特性，并根据实验结果验证了动态磁动势分布磁路模型的适用性。实验结果表明考虑气隙的变化对磁通分布和电磁力产生的影响而建立的动态磁动势分布磁路模型可以为平面线圈型微驱动器建立可靠的磁路分析模型，便于定量分析微驱动器结构物理参数对于磁通分布和电磁力的影响，从而为进一步优化该微电磁驱动器磁路模型的仿真提供理论分析的依据。