多层悬臂梁静电作用下的弯曲及吸合电压分析

多层悬臂粱MEMS器件具有广泛的应用,其吸合电压对器件性能有重要影响。通过选取合适的挠度试函数,并考虑多层悬臂梁中的绝缘层对等效间隙高度的影响,运用能量法分析了多层悬臂梁在静电作用下的弯曲情况。推导出了梁在发生吸合现象时,其自由端归一化的挠度值和对应的吸合电压的解析表达式。用Coventor软件中的CoSolveEM模块验证所得公式,表明模型具有较高的精度。所得结论对静电执行结构设计具有一定的参考价值。

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RFMEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.

RLC串联电路与微梁耦合系统的吸合电压与电振荡

根据电阻电感电容RLC电路与微梁耦合系统物理模型,利用拉格朗日-麦克斯韦方程建立了反映RLC电路与微梁机电耦合特征的数学模型。此模型能够反映机电的耦合特征。当两个极板之间的电介质为石蜡、陶瓷、云母等填充物时,只需求解RLC串联电路方程;当电路中放电结束瞬间,电容器极板上电荷为零,此时系统转化为极板微梁振动系统。通过伽辽金方法推导出了极板微梁系统的非线性振动方程,并求得了极板的吸合电压;应用常微分方程理论得到了RLC串联电路方程电振荡的解析表达式,分析了系统的电振荡特性。研究结果表明:对于每一个激励电压值,极板都有两个可能的平衡位置;电路中电流在非共振情况下经过一段时间的振荡后达到稳定。

电磁继电器二次吸合电压的研究与测量

首先解释继电器产生二次吸合的原因及二次吸合电压。然后依据电磁理论 ,分析了继电器吸合时励磁电流的动态变化特征 ,应用电子技术和计算机技术 ,设计出了一种电磁继电器二次吸合电压测量系统。

应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利-利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿-拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。

MOEMS光栅平动式光调制器的吸合电压分析与实验

通过研究提出了一种新颖的利用微光机电系统技术(MOEMS)制造的光栅平动式光调制器GMLM,它可以利用衍射原理对光进行动态调制,其设计适宜形成二维光调制器阵列。针对GMLM,分析并给出了其准静态下的吸合电压计算公式。考虑到MEMS器件的尺寸效应,对电容的边缘场效应影响不能忽略。文中对GMLM器件的边缘场效应影响因子进行了公式推导,并针对GMLM修正了传统的平行板执行器吸合电压计算公式。实验结果证明,修正后的理论公式可以较好地预测GMLM的吸合电压值,与实际测量值的误差为4.3%。

集成隐藏式3维梳齿电极驱动器的低吸合电压CMOS-MEMS微镜阵列

微镜阵列芯片是大尺寸画面投影显示系统的主流光学图形产生器。针对德州仪器公司的数字微镜芯片中微镜吸合电压较高的问题,本文采用CMOS后端金属互连层制备隐藏垂直梳齿电极驱动的低吸合电压微镜,在CMOS后端工艺中基本完成MEMS微镜阵列的结构制备,然后在CMOS工艺后附加少量的Post-CMOS工艺。我们采用0.35-μm 2-Poly-4-Metal(2P4M)CMOS工艺设计和制造了2种1×8规模集成了隐藏式梳齿驱动器的静电驱动双稳态微镜阵列,并且片上集成了CMOS驱动电路。微镜尺寸为18μm×18μm,像素间距为20μm,占空比为81.0%。采用有限元仿真软件计算了微镜结构的电力耦合特性。在大气环境下,仿真结果表明:具有TiN/Al/TiN扭臂的微镜A的静态吸合电压为19.25 V,具有TiN/Al/TiN扭臂的微镜B的静态吸合电压为3 V。测试结果表明:微镜A典型的吸合电压为21 V,与仿真结果接近。微镜A和B吸合电压正在逐步实现与CMOS电路工作电压兼容,可以将驱动电路与微镜阵列单片集成,从而为实现工艺和工作电压与CMOS工艺全面兼容的数字微镜阵列奠定了基础。

两端固支梁吸合电压解析模型的拟合修正

常用的工具软件如Coventorware和Ansys等计算吸合电压所需时间太长 ,计算一个吸合电压大约需要数小时。本文通过采用二维分布模型计算吸合电压 ,大幅度缩短计算吸合电压所需的时间 ,可在较短时间内完成大量不同尺寸及材料参数两端固支梁吸合电压的计算。用算得的吸合电压 ,采用最小二乘法 ,对两端固支梁吸合电压的解析模型进行拟合修正 。

轴力对吸合电压影响分析的一种近似方法

利用积分中值定理,提出两端固支梁中轴力的近似分析方法,结合几种满足位移边界条件的位移函数,推导两端固支梁中轴力的近似计算公式,并将这些计算公式应用于分析两端固支微机电开关梁的吸合电压中。计算实例中,针对一些不同的梁长、不同的梁厚、不同的驱动电极长以及不同的初始间隙,通过比较几种不同的轴力公式得出的吸合电压计算结果可见,选用余弦位移函数计算轴力时,文中提出的考虑轴力时吸合电压的计算结果精度较高。另外,影响相对误差大小的主要因素是梁厚和初始间隙,而梁长对相对误差的影响很小。

静电激励微简支梁吸合电压的尺度效应分析

应用修正的偶应力理论及变分原理推导带有von-Karman非线性的微简支梁的运动方程及相应的边界条件,并分析梁的宽度、高度、长度和极板间距对吸合电压的影响以及相应的尺度效应变化规律.

MEMS薄膜吸合电压在线测试系统设计

为了实现MEMS薄膜材料参数的在线测试,设计了MEMS薄膜吸合电压在线测试系统。该测试系统由测控软件、测试硬件平台与测试微结构构成,能够全自动地快速完成薄膜吸合电压的在线测试,并立即输出薄膜的杨氏模量与残余应力。测试系统最大可测试100V的吸合电压,测试精度为±1.0V。最后对由标准牺牲层加工工艺制作的多晶硅双端固支梁进行了测试实验,并给出了测试数据,实验结果表明本测试系统具有高精度、快速测试的优点,适合于工业生产的大批量测试需求。

铁路信号继电器吸合电压与释放电压自动测试方法的研究

铁路信号继电器吸合电压与释放电压的准确确定直接关系到产品可靠性的评估。首先阐述了铁路信号继电器吸合与释放电压的测试原理,开发具有线圈电压自动调控和触点电压波形采集功能的测试系统,进而实现继电器吸合电压、释放电压和反向吸合电压参数的自动测试。以某型号电压继电器为例,实测并分析了线圈电压步进值和步进延时对测试结果的影响,确定了兼顾测试准确性和测试效率的方法。

电磁继电器吸合电压一致性分析

本文通过对关键参数进行一致性分析的方法,对电磁继电器的一个关键参数吸合电压进行分析,阐述影响吸合电压的各个因素及其相关性,得出吸合电压的一致性是能够表征其可靠性的结论,并基于产品工艺进行分析研究,根据吸合电压的控制要点提出了改进控制要求。

矿用起动器的可靠吸合电压问题

煤矿井下供电系统的特点是线路长、压降大、负荷重、起动频繁。特别是综采工作面,负荷高达1000kW 以上,大设备起动时,线路压降大,所以对矿用起动器的可靠吸合值范围要求苛刻。国标 GB 5590-8 5《矿用隔爆型电磁起动器》中第3.9条规定:在额定控制电源电压的75-100％之间电压下起动器应能可靠吸合。又根据国标

浅析电磁继电器吸合电压一致性评价的重要性与控制方法

传统评价电磁继电器的质量,主要依靠的是每批产品的质量一致性检验的结果和数据,以达到反映本批产品质量、评价批次质量风险的目的。随着应用领域对元器件质量要求的不断提高,对元器件逐渐提出了“零缺陷”的要求,传统的质量评价方法已不能满足现今高端应用领域的要求。鉴于这种情况,我公司结合用户要求和自身能力,提出和逐渐实施了电磁继电器过程一致性分析和控制方法。本文对电磁继电器关键参数之一的吸合电压进行分析,阐述了分析吸合电压必要性和重要作用,给出了吸合电压的一致性是能表征其质量一致性的结论,最后基于产品工艺出发,针对吸合电压的控制要点给出了控制思路和意见。

静电激励MEMS微结构吸合电压尺寸效应研究

基于应变梯度弹性理论,研究了静电激励MEMS微结构吸合电压的尺寸效应.利用最小势能原理分别推导出含尺寸效应的一维梁模型和二维板模型的高阶控制方程.采用广义微分求积法和拟弧长算法对控制方程进行了数值求解.结果表明,随着结构尺寸的降低,新模型所预测的归一化的吸合电压呈非线性增长,表现出尺寸效应(特别是当结构尺寸与内禀常数在同一数量级时尺寸效应更加强烈);而相应的经典理论模型并不能预测此尺寸效应.两种新模型可视为相应经典理论的推广.论文有助于研究MEMS微结构的特性并对微结构的设计有潜在的应用价值.

静电驱动阶梯型微悬臂梁吸合电压分析

针对静电驱动微机电系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)器件中常见的阶梯型微悬臂梁结构,提出一种吸合电压的计算方法。基于欧拉梁理论和修正的偶应力理论,运用能量法推导出吸合电压理论模型。采用试函数与待定系数的积来表示微悬臂梁位移,利用泰勒展开来简化求解过程。通过与有限元结果对比来验证模型的正确有效性,讨论试函数的选取以及泰勒展开阶数的确定,并与传统质量弹簧模型方法进行对比,最后研究其吸合特性。结果表明,泰勒展开阶数取8时截断误差可以忽略,试函数选择阶梯型微悬臂梁位移函数,理论模型预测误差小于5%,预测结果明显优于传统方法。吸合电压随宽度比增加而单调递增,随长度比增加出现先减小后增加的变化现象,可为低驱动电压MEMS器件设计提供参考。该理论模型中考虑了边缘场效应、尺度效应的影响,可应用于微纳米尺度的微悬臂梁的吸合电压预测。

关于交流接触器低电压吸合特性研究

交流接触器是一种常见的自动控制元件,在空调行业广泛用于控制大功率压缩机、电机和电加热的启停,其动作是否可靠直接影响整机能否正常运行。本文通过研究交流接触器的原理、结构、低电压吸合性能,以及常见的失效模式,为交流接触器的选用及故障排查提供参考。

静电驱动柔性振膜的吸合特性研究

对静电驱动柔性振膜的吸合特性进行了理论分析和实验观测。通过理论计算得到了静电驱动下柔性振膜与具有连续曲面的腔体实现完全吸合的吸合电压。完全吸合电压随振膜电极与腔体直径的偏差以及振膜初始应力的增大而增大。同时,通过实验验证了静电驱动下柔性振膜的电极与具有连续曲面的腔体在驱动电压100 V、驱动频率2.5 Hz的条件下能够实现完全吸合。振膜电极与腔体直径的偏差会导致振膜所受静电力以及二者之间的电容能均呈现出明显的不均匀性,因此二者的完全吸合过程呈现出显著的非中心对称特性。