本文關(guān)鍵詞：基于電熱驅(qū)動的MEMS繼電器的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學(xué)》 2010年

基于電熱驅(qū)動的MEMS繼電器的研制

胡志軍  

【摘要】： 微電子機械系統(tǒng)(MEMS)是微電子、微驅(qū)動器、多數(shù)情況下還包括微傳感器的集成化系統(tǒng),是微電子技術(shù)與機械、光學(xué)等領(lǐng)域交叉融合而產(chǎn)生的一項新技術(shù)。MEMS及相關(guān)技術(shù)使得光、機、電、磁、熱等功能器件的微型化、集成化制造和功能復(fù)合成為可能,從而可以顯著提高現(xiàn)有產(chǎn)品的功效,并有可能創(chuàng)造新的器件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式,產(chǎn)生許多新的功能。 MEMS繼電器是結(jié)合微細加工技術(shù)和繼電器技術(shù)而制作出的微繼電器。微繼電器作為一種基本的機電元件廣泛地應(yīng)用于信息處理,通信重點工程等各個領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的基于機械操縱觸點導(dǎo)通機制的機電繼電器和基于無觸點半導(dǎo)體元件的固態(tài)繼電器,微繼電器具有體積小、高線性度、低功耗、高隔離度、易集成化等優(yōu)點。按驅(qū)動方式的不同,微繼電器主要可以分為:靜電驅(qū)動微繼電器,電磁驅(qū)動微繼電器和電熱驅(qū)動微繼電器。與微靜電繼電器和微電磁繼電器相比,電熱驅(qū)動微繼電器具有驅(qū)動電壓低,驅(qū)動力大,結(jié)構(gòu)和工藝過程簡單等優(yōu)點。 本文設(shè)計和制作了一種新型的電熱驅(qū)動MEMS繼電器。微繼電器主要分為熱驅(qū)動臂、放大臂、SU8絕緣塊、觸頭和信號輸入、輸出端等部分。整個結(jié)構(gòu)是基于杠桿放大原理設(shè)計的,呈現(xiàn)為一“T”型結(jié)構(gòu)。加熱臂采用“U”型結(jié)構(gòu)設(shè)計,能夠在不增加加熱臂電阻和微繼電器功耗的前提下,增加加熱臂的驅(qū)動力;而放大臂采用杠桿原理可以將加熱臂的微小熱膨脹伸長放大為觸點較大的位移。微繼電器行程較大。同時,在“U”型熱驅(qū)動臂之間引入SU8支持塊來加固熱驅(qū)動臂結(jié)構(gòu);在放大臂頂端和觸頭結(jié)合處引入了SU8絕緣塊將微繼電器的控制信號和傳輸信號進行電氣隔離。另外,借助于有限元分析軟件Ansys10.0進行輔助設(shè)計。 采用了非硅MEMS工藝來制作微繼電器。研究了與其相關(guān)的工藝技術(shù),確定了合適的工藝方案和工藝參數(shù)。采用濺射、甩膠、光刻、電鍍、腐蝕等工藝,以濺射Cr/Cu薄膜為電鍍金屬種子層,以電鍍Cu作為控制線路和犧牲層材料,以電鍍Ni作為微繼電器結(jié)構(gòu)層材料,以SU8負膠工藝制作了SU8絕緣塊結(jié)構(gòu),以正性光刻膠為腐蝕保護材料并采用濕法釋放技術(shù)刻蝕Cu犧牲層形成懸空結(jié)構(gòu)梁,最后采用曝光去膠法去除保護層正膠材料。經(jīng)過整合工藝流程,成功地制作出MEMS繼電器原型器件。在自制的測試平臺上測試,微繼電器的電阻為2 ?,驅(qū)動電壓為0.5 V,響應(yīng)時間(ton)為11 ms,恢復(fù)時間(toff)約為1 ms。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM581
【目錄】：

摘要3-5

ABSTRACT5-9

第一章 緒論9-22

1.1 微機電系統(tǒng)（MEMS）9-17

1.1.1 MEMS 國內(nèi)外研究概況10-11

1.1.2 MEMS 加工技術(shù)11-14

1.1.3 MEMS 微型元器件14-16

1.1.4 MEMS 的應(yīng)用16-17

1.2 微繼電器17-20

1.2.1 MEMS 繼電器17-20

1.2.2 MEMS 繼電器的應(yīng)用前景20

1.3 本文的研究內(nèi)容20-22

第二章 電熱驅(qū)動MEMS 繼電器22-26

2.1 引言22-23

2.2 結(jié)構(gòu)模型23-24

2.3 微繼電器的工作原理24-25

2.4 本章小結(jié)25-26

第三章 MEMS 繼電器的仿真分析與設(shè)計26-36

3.1 設(shè)計目標(biāo)26

3.2 理論計算26-27

3.3 待定參數(shù)27-28

3.4 材料參數(shù)28

3.5 仿真分析28-35

3.5.1 重力仿真模擬28-32

3.5.2 電熱結(jié)構(gòu)耦合仿真模擬32-33

3.5.3 設(shè)計結(jié)果33-35

3.6 本章小結(jié)35-36

第四章 電熱驅(qū)動MEMS 繼電器的制作工藝36-49

4.1 總體工藝評述36

4.2 實驗設(shè)備36-37

4.3 集成制造技術(shù)37-44

4.3.1 工藝流程37-38

4.3.2 工藝流程示意圖38

4.3.3 工藝詳述38-44

4.4 掩膜版圖44-46

4.5 相關(guān)工藝研究46-48

4.5.1 光刻膠犧牲層技術(shù)46-47

4.5.2 Cu 犧牲層工藝47-48

4.6 本章小結(jié)48-49

第五章 實驗結(jié)果49-54

5.1 引言49

5.2 實驗樣品49-51

5.2.1 樣品照片49-51

5.3 性能測試51-53

5.3.1 MEMS 繼電器的尺寸51

5.3.2 測試原理51-52

5.3.3 繼電器工作性能52-53

5.4 本章小結(jié)53-54

第六章 全文總結(jié)與展望54-55

6.1 全文總結(jié)54

6.2 研究展望54-55

參考文獻55-59

致謝59-60

攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文60-62

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9 趙磊;梳齒式MEMS光開關(guān)的分析與改進[D];西安電子科技大學(xué);2010年

10 孫發(fā)威;扭臂式MEMS光開關(guān)的建模與優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于電熱驅(qū)動的MEMS繼電器的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：130159