【硕士论文】基于双稳态的MEMS微开关设计.pdf

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1、摘要MEMS加速度微开关作为一种集传感器及执行器于一体的惯性器件，不仅能够感知加速度信号，而且受控于加速度阈值来执行开关动作。目前国内外的研究现状已经反映出，在加速度开关基础设计理论、研究方法及研制水平等方面存在众多难点及亟待解决的问题，尤其是缺乏行之有效的开关基础设计理论及研究方法。设计中仍然以反复试验(tdalanderror)方法为主，成本昂贵，这也是目前我国市场上没有高性能MEMS加速度开关的主要原因之一。根据双稳态结构跳转时的阈值特性和加速度开关的工作原理，建立了粘附性双稳态微加速度开关的模型。应用库仑定律，从静电

2、结构的电容理论出发，导出了考虑边缘效应电场力计算公式，分析了电场力、弹性力随接触距离的变化情况。基于量子力学理论，得到Casimir力计算公式，分析了Casimir力随接触距离的变化情况。基于微观连续介质理论，得到范德瓦尔斯力计算公式，分析了范德瓦尔斯力随接触距离的变化情况。基于雷诺方程，得到两平行板内部气膜阻尼的解析公式，分析了气膜阻尼系数随接触距离的变化情况。分别针对硅基和铜基微开关进行静态、动态分析；静态分析得到硅基微开关阈值加速度为6．89，铜基微开关阈值加速度为24．69的结论；动态分析得到硅基微开关阈值加速度为6

3、．849，响应时间为0．014s，铜基微开关阈值加速度为24．749，响应时间为0．036s的结论。根据福勒．诺得海姆公式分析了开关触点处隧道电流的变化情况；利用PRO／E和AUTO／CAD建立了三维模型和二维工程图，得到了微开关样件。关键词：MEMS加速度微开关多力耦合动态特性阈值百度关键词优化http://www.001baidu.com/包装设计公司http://www.517art.com/AbstractMEMSAccelerationswitchiSaninertialdevicewhichintegratesf

4、unctionsofsensing,judgingandactuating．Itnotonlysensesaccelerationbutalsoperformson-offfunctiOIlSundertheeffectsofthethresholdforces．Thedomesticandabroadresearchshowthattherearestillsomedifficultiesandproblemstobesolvedinitsbasicdesigntheory、researchmethodsandfabric

5、ationtechnologies．Inparticular,alleffectiveswitch-baseddesigntheoryandresearchmethodistheextremelacko￡111epresentdesignmainlyreliesonthetrialanderrormethod，whichresultshighcostsandlacksllighperformancemicro—accelerationswitchinourdomesticmarkets．Accordingtothreshol

6、dcharacteristicsofbistablesn-uctllresandworkingprincipleofaccelerationswitch,thispaperestablishedadhesionbistablemicro—accelerationswitchmodels．ApplicationofCoulomb’Slaw,theelectricforcecalculationformulawhichconsiderstheedgeeffecthasbeenderivedfromthetheoryofelect

7、rostaticstructurecapacitance．Thispaperanalysestheelectricfieldforceandelasticforcewiththechangesofcontactdistance．Basedonquantummechanicstheory,Casimirforcecalculationformulahasbeenobtained，whichanalysestheCasimirforcechangeswithcontactdistance．Basedonmicro—continu

8、umtheory,VanderWaalsforcehasbeenobtained，whichanalysestheVanderWaalsforcechangeswithcontactdistance．BasedonReynoldsequation，theanalyticalformulao