一种新型静电斥力微驱动器的设计与仿真.pdf

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1、2016在仪表技术与传感器2016第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6一种新型静电斥力微驱动器的设计与仿真于洋，赵清华，李刚，张文栋(太原理工大学信息工程学院微纳系统研究中心，新型传感器和智能控制系统重点实验室(教育部)，山西太原030024)摘要：在电容式MEMS微驱动器中，静电引力驱动最为常见，但介质充电会引起“粘连失效”等可靠性f*-l~，而静电斥力驱动不存在这样的可靠性问题。首先通过有限元仿真软件了分析对比了静电引力和斥力的不同产生机理。针对静电斥力微驱动器驱动电压大、形变量小、难以满足实用化要求的缺点，在基本结构基础上设计一种四

2、段支撑结构的静电斥力微驱动器结构，并研究了关键结构参数对可动极板变形量的影响，确定了最优结构尺寸。通过结构优化，可动极板最大变形量可以在80v的驱动电压下从0．271Ixm增加到0．399Ixm，形变量得到显著提高。关键词：微机电系统；驱动电压；静电斥力；驱动器；可靠性问题；形变量中图分类号：TK513．5文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)06—0044—04SensorDesignandSimulation0nNewMEMSActuatorofElectrostaticRepulsionYUYang，ZHAOQing—hua，LIGang，ZHANG

3、Wen-dong(MicroNanoSystemResearchCenter，CollegeofInformationEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，KeyLabofAdvancedTransducersandIntelligentControlSystem(MinistryofEducation)Taiyuan03O024，China)Abstract：ElectrostaticattractionactuatoristhemostcommonmethodincapacitiveMEMSactuators．Butdie

4、lectricchargingcanleadtoanadhesionfailureofthedevicesandotherreliabilityproblemsinactuatorofelectrostaticattraction．However，actuatorofelectrostaticrepulsiondoesnothavethesereliabilityproblems．Atfirst，thedifferentgenerationmechanismofelectrostaticattrac。tionandrepulsionwithCOMSOLMultiphysi

5、cswereanalysedandcomparedinthispaper．Aimingatthedisadvantagesoflargevolt‘age，smalldeformationanddifficulttomeettherequirementofpracticalapplicationinMEMSactuatorofelectrostaticrepulsion，akindofelectrostaticrepulsiveforcemicro—actuatorwiththefour—terminalsupportstructurebasedonthebasicstru

6、cturewaspro-posed．Theinfluenceofthekeystructureparametersonthedeformationofthemovableplatewasstudied，andtheoptimalstructuresizewasobtained．Byoptimizingstructureparameters，themaximumdeformationofthemovableplatecallbeincreasedfrom0．271mto0．399txmunderthedrivingvoltageof80V，thusthemaximumdef

7、ormationcanbesignificantlyimproved．Keywords：MEMS；drivingvoltage；electrostaticrepulsion；actuator；reliabilityproblems；deformation0引言本文将在静电斥力驱动基本结构基础上，通过COMSOL微驱动器是微机电系统中的重要组成部件⋯，可广泛应用Multiphysics有限元仿真对微驱动器进行结构优化，设计实现在微谐振器、相控阵天线、RFMEMS开关、MEMS变形镜“大位移、低电压。’新型静电斥力微驱动器，满足实