bimorph结构mems微镜热驱动性能-分析研究

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1、Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究中文摘要Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究中文摘要微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）是融合机、光、电、磁等领域技术为一体，将常规集成电路工艺与微机械加工独有特殊工艺相结合的一种前沿技术。其具有能耗低、、体积小、集成度高、灵敏度高和价格低廉等特点，广泛应用于生物医疗、汽车工业、军事国防、航空航天等领域。电热型MEMS微镜，是一种利用微执行器驱动微反射镜面运动及偏转，以实现调整入射光空间分布的光调制器，广泛应用于通信领域。但电热型MEMS微镜的驱动方式决定了热量及温度对其的影响

2、，故对电热型MEMS微镜进行热分析是非常必要的。本文主要分三部分对电热MEMS微镜的热分析进行研究，即执行器温度分布、驱动臂串扰和衬底温度。第一部分，针对电热MEMS微镜的一种Bimorph驱动器结构，以其热阻模型为基础，提出解耦和求解其功率分布与温度分布的方法；并以Bimorph平均温度为参考指标，提出一种Bimorph结构对流系数的估算方法。第二部分，以一种有四个驱动臂的电热MEMS微镜研究对象，根据Bimorph结构中热源位置建立不同热串扰模型，分析其参数与驱动臂温度的关系，并以此提出抑制热串扰及提高加电驱动臂温度的可行性建议。最后，分析衬底温度。以一种衬底上嵌入了测温电阻的电热

3、型MEMS微镜为研究对象，建立TO封装模型，并分析静态温度和温度响应，为提高衬底温度响应速度和保持衬底恒温提供了支撑。通过建模、理论分析推导、仿真和测试，对电热MEMS微镜进行了较全面的热分析，充实了电热MEMS微镜在热领域的研究内容，对电热MEMS微镜的设计及其应用具有重要价值。关键词：Bimorph结构；MEMS微镜；热驱动；性能分析作者：刘骏文指导老师：徐大诚IAbstractTheThermalAnalysisofElectrothermalMEMSMicromirrorBasedonBimorphActuatorTheThermalAnalysisofElectrotherm

4、alMEMSMicromirrorBasedonBimorphActuatorAbstractThemicro-electro-mechanicalsystems(MEMS)isacutting-edgetechnologythatcombinesmechanical,optical,electrical,magnetictechnologybytheintegratedcircuittechnologyandthemicromechanicalprocessingtechnology.Withthecharacteristicsoflowpowerconsumption,smalls

5、ize,highintegration,highsensitivityandlowprice,MEMShasbeenwidelyappliedtobiomedicine,automotiveindustry,militaryproductsandaerospacefields.ElectrothermalMEMSMicromirrorisalightmodulatorwhichcanadjustthespatialdistributionoftheincidentlightwithmovementanddeflectionofmicromirrordrivenbythemicroact

6、uator,andhasbeenwidelyusedincommunicationfield.Butwiththethermaldrivingmode,ElectrothermalMEMSMicromirrorwillbeaffectedbyheat,whichmakesitnecessarytodothethermalanalysis.Inthispaper,thethermalanalysisofelectrothermalMEMSmicromirrorisstudiedwiththreeparts,namelythetemperaturedistributionofbimorph

7、actuator,thecrosstalkofdriveactuatorarmsandsubstratetemperature.Thefirstpartputsforwardtwomethodstodecoupleandsolvethebimorphactuator’spowerdistributionandtemperaturedistributionbasedonitsthermalresistancemodel,andpresentsan