微型电磁继电器的制作和仿真分析

介绍了一种基于MEMS技术的微型电磁继电器的制作过程和仿真分析.这种微继电器的大小约是4mm×4mm×0.5mm,主要采用普通的微加工技术来完成全部制作工艺.与传统继电器相比,这种继电器采用平面线圈来代替螺线管线圈,有利于MEMS工艺,并且提出了一种双支撑的悬臂梁结构做为活动电极,具有较高的灵敏性和稳定性.另外,还进行了一些有关线圈通过激励电流后对活动电极产生电磁力的理论计算和仿真分析,利用这些结果可以对这种电磁继电器的结构和参数进一步优化.     

一种微型电磁继电器的制作和仿真

介绍一种基于MEMS技术的微型电磁继电器的制造工艺和仿真过程。这种微继电器主要由平面方形线圈、固定电极和活动电极构成 ,依靠线圈的激励电流来控制其开关动作。微继电器的大小约是 4mm× 4mm× 0 .5mm ,工艺比较简单 ,主要采用光刻、蒸镀、电镀和腐蚀牺牲层等普通的微加工技术来完成。另外 ,还进行了有关激励线圈对活动电极所产生电磁力的理论计算和仿真 ,以便从这些结果中得到活动电极和线圈之间的优化数据     

一种使用平面线圈结构的微型电磁继电器

本文介绍一种采用平面线圈结构的微型电磁继电器的制造工艺和理论分析。这种继电器的大小大约是 4mm× 4mm× 0 .5mm ,工艺比较简单 ,主要采用光刻、蒸镀、电镀和腐蚀牺牲层等普通的微加工技术来完成全部制作工艺。因此可以大大地降低继电器的生产成本、物理尺寸和制造的复杂性。另外 ,还进行了一些有关线圈通过激励电流后对活动电极产生电磁力的理论计算和仿真 ,利用这些结果可以对这种电磁继电器的结构和参数进行优化设计     

一种新型MEMS电磁继电器的研究

介绍了一种MEMS电磁驱动微继电器,这种继电器体积小、易于集成.它采用双层1 mm×1 mm平面线圈和吸合式坡莫合金悬臂梁结构,层间用聚酰亚胺作绝缘材料.文中介绍了器件的工作原理,建立了磁路的仿真模型,据此计算确定了气隙宽度和悬臂梁厚度.采用表面微加工和微电铸工艺制作了器件.     

新型大尺寸电磁驱动MEMS光学扫描镜的研制

设计并制作了一种结构新颖的镜面尺寸为6mm×4mm的电磁驱动MEMS光学扫描镜.这种背面为微型铜驱动线圈的MEMS硅基扭转镜面沉浸在由包含永磁体的磁回路产生的磁场中,当电流信号通过驱动线圈时,MEMS光学扫描镜绕着扭转梁发生了大角度的扫描运动.采用MEMS体硅加工工艺和电镀技术制作的器件显示出了优良的性能,实验获得的扫描镜静态转角斜率为0.03°/mA,当器件进行动态扫描时,在381Hz的谐振频率下获得了最大±10.2°的光学扭转角度,空气中的Q因子为221,相应的功耗为13μW,与此同时MEMS光学扫描镜具备了出色的镜面粗糙度、光学反射率和镜面平整度.实验证明该器件完全适合于微型光谱仪和可调光滤波器的应用.     

新型大尺寸电磁驱动MEMS光学扫描镜的研制

设计并制作了一种结构新颖的镜面尺寸为6mm×4mm的电磁驱动MEMS光学扫描镜.这种背面为微型铜驱动线圈的MEMS硅基扭转镜面沉浸在由包含永磁体的磁回路产生的磁场中,当电流信号通过驱动线圈时,MEMS光学扫描镜绕着扭转梁发生了大角度的扫描运动.采用MEMS体硅加工工艺和电镀技术制作的器件显示出了优良的性能,实验获得的扫描镜静态转角斜率为0.03°/mA,当器件进行动态扫描时,在381Hz的谐振频率下获得了最大±10.2°的光学扭转角度,空气中的Q因子为221,相应的功耗为13μW,与此同时MEMS光学扫描镜具备了出色的镜面粗糙度、光学反射率和镜面平整度.实验证明该器件完全适合于微型光谱仪和可调光滤波器的应用.     

微型电磁继电器的仿真与加工工艺研究

设计了一种新型的MEMS微型继电器,该继电器采用电磁驱动方式,继电器大小约为1.2 mm×1 mm×1 mm,驱动力大、体积小、便于集成。用ANSYS和MATLAB仿真分析各参数对微继电器性能的影响,对其进行优化分析和理论验证。该微型继电器能产生最大60 m N左右的驱动力,实现30μm的驱动行程,满足性能要求。运用UV-LIGA技术,完成工艺的流程设计。通过反复实验,提出了增强金属与基底的粘附性的有效方法。     

扭梁悬臂梁支撑的扭摆式MEMS永磁双稳态机构

在进行理论分析证实可行性和模拟仿真优化参数后,利用非硅表面微加工方法中的牺牲层工艺制备了一种扭梁悬臂梁支撑的扭摆式MEMS永磁双稳态机构.该双稳态结构尺寸为1.9mm×1.6mm×0.03mm,通过永磁力实现稳态姿态无功耗保持,通过对其单侧触点施加纵向驱动力使之达到30μm的纵向驱动位移,可以实现机构的双稳态姿态切换,可以通过控制永磁体磁片、悬臂梁和扭梁的尺寸来灵活调控稳态切换所需的驱动力矩.此双稳态机构可与电磁驱动、电热驱动和静电驱动等类型的微驱动器联用构成永磁双稳态MEMS微继电器.     

UV-LIGA技术制造微型电磁继电器的初步研究

详细阐述了一种微型电磁继电器的设计和初步研制过程。该微继电器主要由电极、悬臂梁结构和电磁线圈组成。设计过程中考虑了微继电器打开、闭合时电磁力、静电力和悬臂梁回复力之间的制约关系,即微继电器打开时悬臂梁回复力应大于接触部位的静电力;闭合时电磁力应大于悬臂梁的回复力。从而推算出电磁线圈的安匝数和悬臂梁结构尺寸的合理范围并选定了合适的参数,用UV-LIGA技术初步制作了这种微型电磁继电器的主要部分。     

扭梁悬臂梁支撑的扭摆式MEMS永磁双稳态机构

在进行理论分析证实可行性和模拟仿真优化参数后,利用非硅表面微加工方法中的牺牲层工艺制备了一种扭梁悬臂梁支撑的扭摆式MEMS永磁双稳态机构.该双稳态结构尺寸为1.9mm×1.6mm×0.03mm,通过永磁力实现稳态姿态无功耗保持,通过对其单侧触点施加纵向驱动力使之达到30μm的纵向驱动位移,可以实现机构的双稳态姿态切换,可以通过控制永磁体磁片、悬臂梁和扭梁的尺寸来灵活调控稳态切换所需的驱动力矩.此双稳态机构可与电磁驱动、电热驱动和静电驱动等类型的微驱动器联用构成永磁双稳态MEMS微继电器.     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

微机械继电器的研究及进展

对静电驱动微继电器、热驱动微继电器和电磁驱动微继电器的驱动原理和特点分别进行了分析, 介绍了国内外具有代表性的几种微继电器的结构、制作工艺、关键部件的尺寸, 并探索了静电驱动、热驱动和电磁驱动微继电器的发展前景。     

一种新型并联梳齿驱动的静电型微继电器

介绍了一种新型的、利用并联梳齿结构驱动的静电型微继电器及其制造工艺。通过优化并联梳齿结构的几何尺寸,可以使微继电器的阈值电压降低到5V。该微继电器的主体部分使用一套表面牺牲层标准工艺制造,同时,使用溅射工艺制作Au接触电极,可以使接触电阻降到100mΩ以下,增加了微继电器的使用寿命。由于该微继电器的驱动电压和制造工艺都和普通集成电路的驱动电压和制造工艺相兼容,因此两者在产业化生产中可以很容易地被集成在同一芯片上。     

宽范围可调MEMS集成滤波器的设计与制作

基于MEMS平面螺旋电感和MEMS可调平行板电容设计并制作了一种宽可调范围的集成可调带通滤波器。理论分析并计算了可调滤波器电感和可调电容的取值范围,利用HFSS设计得到各元件结构参数,并使用AnsoftDesigner分析软件对可调滤波器电路进行了模拟仿真。设计得到的可调滤波器中心频率调节范围为400～700MHz,可调率达75%,实现了宽范围可调,3dB相对带宽范围为5%～10%,插入损耗小于5dB,芯片尺寸为20mm×6mm×0.4mm。给出了一套基于MEMS平面工艺的MEMS集成可调滤波器的制作流程,实现了MEMS集成可调滤波器的工艺制作及测试。测试结果表明,获得的可调滤波器实现了通带频率宽范围可调。     

Design, fabrication and characterization of a bistable electromagnetic microrelay with large displacement

This paper reports the design, fabrication and characterization of a bistable electromagnetic microrelay based on non-silicon surface micromachining technology. It mainly consists of an integrated microcoil at bottom with a spacer, and a suspension spring with a permanent magnet on top. Bistable mechanism is realized by the adoption of the SmCo permanent magnet to hold the microrelay at latching position without current. Switching between two stable states is completed by the variation of current direction in the microcoil. The corresponding power consumption is 25 mJ. The fabrication processes of related components are presented. The test result shows that the bistable electromagnetic microrelay can work with low operation voltage pulse of 5 V. The output displacement is about 380 μm while the response time is about 4.96 ms. Besides, the test insertion loss is −0.02 dB and the isolation is −39.91 dB at 30 MHz.     

用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计

给出了一种用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计,针对MEMS惯性器件大多采用电容量输出等特点,设计了一个低噪声运算放大器,利用该运放,设计了一种基于开关电容的电荷转移电路来将电容量转换为电压量,以便后续电路处理.采用了相关双采样(CDS)技术,较大地减少了电路和MEMS惯性器件的1/f噪声、热噪声,抑制了零漂.采用HHNEC 0.35 μmCMOS工艺制造,面积为1 mm×2 mm,与MEMS器件封装在一起,并进行了实际测试,结果表明,该读出电路基本满足要求,并具有较低的噪声.     

Design, fabrication and performance of a new vibration-based electromagnetic micro power generator

This paper presents a new vibration-based electromagnetic micro power generator fabricated using microelectromechanical systems (MEMS) technology, which can convert ambient vibration energy into electric power. The microgenerator consists of a permanent magnet of NdFeB, a copper planar spring and a two-layer copper coil. ANSYS modal analysis was used to predict the resonant frequencies and resonant vibration modes of the spring-mass system. The detailed fabrication processes of the microgenerator are given. Experimental results show that the prototype microgenerator can generate open-circuit voltage of 60 mV ac peak–peak with 121.25 Hz input frequency and the acceleration of 1.5g (g=9.8 m/s²). The experimental and simulated results were compared and discussed.