微型压电电磁振动能采集器设计制作工艺研究

为收集环境中普遍存在的振动能,设计了一种微型压电电磁式振动能量采集器,研究系统设计参数对输出功率的影响因素。依据压电电磁集成发电工作原理设计了复合采集器,建立能量转换的理论计算模型分析压电电磁复合发电系统的输出功率及其与感应线圈高度的关系,分别讨论了压电和电磁独立发电系统和集成发电系统等的输出功率及其相互关系。经反复试验确定了微电源集成制作流程。     

压电发电微电源国外研究进展

微加工技术极大地促进了各类传感器系统的微型化、集成化,使微机电系统(MEMS)功能越来越强,功耗、体积越来越小,而微能源部分却日益成为MEMS微型化设计的瓶颈。该文系统介绍了一种在MEMS应用中有极具发展潜力的能源供应方式——压电微能源。压电微能源可通过收集环境能量来发电,具有长寿命、高能量密度、与MEMS工艺兼容等优点,在微系统中具有广泛的应用前景。     

自适应宽频振动压电电磁复合发电系统分析

为提高微型环境振动能量收集微电源能量转换效率,采用一对磁极产生的磁力自动调节拾振系统刚度,实现系统固有频率与环境振动频率相匹配的自适应压电电磁复合宽频发电系统,同时增强电磁发电系统磁力线密度。该文研究了系统磁力对压电悬臂梁刚度的影响因素,确立自适应宽频系统的理论模型。压电电磁宽频发电数值计算结果表明,未施加磁力调节时,环境振动频率偏离系统固有频率47Hz时输出功率急剧降低;施加自适应磁力调节后,发电系统可调固有频率范围为42~51Hz,最大输出功率范围6~10mW,拓宽拾振频带。     

MEMS压电能量采集器的研究进展

压电材料可以将机械能转化为电能的特殊性质引起了基于压电材料的能量采集器的研究.概述了压电能量采集器收集能量的原理,分别介绍了压电能量采集器的悬臂梁型、隔膜型和桥型这三种常用结构以及其他结构,介绍了一种利用块状压电陶瓷制作压电悬臂梁的新型工艺.简述了线性拓频和非线性振动拓频两种悬臂梁型能量采集器的带宽优化方法.举例说明了...     

一种非谐振式MEMS电磁能量收集器

介绍了一种新型非谐振式微电子机械系统(MEMS)电磁振动能量采集器的设计、微加工和表征测试.该能量收集器由MEMS结构、线圈、小型化NdFeB磁体和陶瓷基板组成.建立结构模型对结构固有频率、位移和应力进行仿真.利用MEMS技术制备能量收集器结构和Al线圈等关键部件,并结合嵌有永磁体的陶瓷基板进行组装,在组装过程中使用C...     

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     

隔膜式压电驱动器的制备及其在微泵中的应用

利用块材钛酸锆铅(PZT)材料的逆压电效应设计并制备了可用于微泵驱动的压电驱动器,通过5种结构模型的仿真分析确定了压电驱动器的隔膜式结构,在获取较大中心位移的同时有效提高了结构强度,增加了驱动器的适用性。工艺上通过键合、减薄、激光烧蚀及硅的湿法刻蚀工艺完成了器件的制备,施加频率10 Hz和100 Hz的交变信号测出了中心膜片位移与对应电压的关系,施加峰峰值为1 V的信号测得共振频率为70 kHz。基于制备的压电驱动器设计并制备了机械式带止回阀的微泵,经测试泵入、泵出功能正常。当对微泵外加峰峰值为30 V、频率为500 Hz的驱动电压信号时,每分钟能驱动的液体流量为55μL。该驱动器的驱动效果好,可进一步结合不同的微阀设计制备性能更加优良的微泵。     

基于MEMS与压电陶瓷钎焊的微型超声电机

面向超声电机定子的一体化与微型化需求,提出了一种基于钎焊与微电子机械系统(MEMS)工艺的微型超声电机定子。对超声电机的原理和结构进行分析,利用有限元法对定子的模态与谐响应进行了仿真。利用钎焊工艺将锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷与金属弹性体进行连接,通过MEMS与机械加工工艺对定子的驱动足、上电极等进行制备。对超声电机定子焊接情况进行表征,对超声电机的振动性能与驱动性能进行测试。测试了PZT压电陶瓷与金属弹性体的结合强度,两者之间的抗剪切强度为33.46 MPa,观察了焊接截面形貌,可看出各焊接层厚度均匀,无裂缝、孔隙。搭建实验平台对定子的振动性能与驱动性能进行了测试,微型超声电机的定子的谐振频率为188.15与266.16 kHz,最大振幅为228 nm,在激励电压为30 V、预压力为350 mN时,微型超声电机的最大速度为38.22 mm/s。实验结果表明,该超声电机定子钎焊情况良好,驱动性能较高,具有广阔的应用前景。     

MEMS电磁执行器CoNiMnP永磁体阵列的制备

永磁材料在微电子机械系统(MEMS)器件中具有重要的应用价值,例如微型开关、微型继电器以及微泵、微阀中作电磁执行器等。本文介绍了CoNiMnP永磁体阵列的制备技术,给出了工艺制备的实验条件,并利用SEM分析了阵列的表面形貌,电子能谱分析了永磁材料组分。实验结果表明,得到了很好的CoNiMnP永磁体阵列结构,具有较高的矫顽磁力的材料组分比例：Co 85％、Ni 14％。     

基于MEMS的矩形微同轴技术研究现状

矩形微同轴技术已成为射频微电子机械系统(RF MEMS)的一个重要发展方向。矩形微同轴的电性能相比于传统的传输结构(如微带、共面波导等)在毫米波宽带领域具有巨大优势。从结构、性能等方面对矩形微同轴进行了简要分析。回顾了矩形微同轴技术在其发展的不同阶段出现的体硅刻蚀技术、EFABTM和PolyStrataTM技术,并对矩形微同轴的结构、加工工艺及射频性能等方面进行了简要分析。介绍了矩形微同轴技术在不同RF MEMS中的应用,并对获得的特性进行了讨论。矩形微同轴技术应用于高度集成的RF MEMS是发展的必然趋势,必将对传统射频电路的设计、制备及系统集成产生巨大影响。     

基于MEMS工艺的压电驱动的可变形反射微镜

可变形反射镜作为自适应光学系统的核心部件,通过与微电子机械系统(MEMS)技术的结合向微型化、集成化的方向发展.基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了一种压电驱动的可变形反射微镜,可通过电信号的控制实现微镜的驱动控制.设计的可变形反射微镜由硅镜片、锆钛酸铅(PZT)驱动器和玻璃基板三部分结构组成.利用有限元仿真软件对硅...     

高分辨率MEMS纤毛式湍流传感器

国外的剪切流传感器已经趋于成熟,但仍存在测试信息量单薄、空间分辨率不高和价格昂贵的缺点。提出了一种新型高分辨率微电子机械系统(MEMS)湍流传感器,通过MEMS工艺的微结构实现湍流传感器的高分辨率探测,同时凭借Parylene真空气相沉积技术来实现传感器在海中的绝缘性和抗腐蚀性。经过5～45℃的高低温循环实验,验证了MEMS湍流传感器在复杂环境中的可靠性,并通过实验测量得到电压形式的湍流数据。     

压电驱动阵列微喷的加工及实验研究

介绍了一种基于微电子机械系统（MEMS）技术的阵列微喷的加工和实验结果。利用微细加工技术，在硅片上制作了上千个直径够5～20μm的微喷孔阵列。该微喷以压电效应为驱动方式，通过压电片振动所产生的压力使液体从微喷孔中喷出。具有所产生的液滴直径和速度分布集中，无热效应的特点。采用激光相位-多普勒粒子分析（PDPA）系统对不同工作条件下液滴的直径和速度进行了研究。     

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。     

MEMS的研究与应用

本文介绍了MEMS的基本概念、基本特征和理论基础，并结合MEMS的发展史和制造技术，对MEMS的应用领域作了重点阐述，最后对MEMS的发展前景和产业化的挑战作了分析。     

一体化仿生结构压电MEMS水声传感器

为了实现水声传感器的低能耗、高灵敏度以及低成本批量制造,设计并制备了一种四螺旋梁集成拾振微球的一体化仿生压电微电子机械系统(MEMS)水声传感器.根据水母耳石触觉结构和水母身体回弹发电原理对该传感器进行仿生结构设计,并通过建模仿真确定其几何尺寸.利用溶胶-凝胶法制备了PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT)压电薄膜...     

基于表面微加工标准工艺的电容式MEMS麦克风

设计了一种基于微电子机械系统(MEMS)工艺的电容式麦克风的结构,并基于表面微加工工艺制备了MEMS麦克风。为了优化麦克风结构,通过对比现有麦克风的优缺点,在麦克风可动电极的支撑部分设计了带有刻蚀孔的结构。仿真结果表明,该结构可减小空气阻尼、提高麦克风的信噪比和麦克风在低频段的灵敏度。该麦克风结构的制备工艺可标准化,以便代加工。测试结果表明,在偏置电压为0～20 V时,麦克风的静电电容随着偏置电压的增大而增大,并且预计偏置电压达到20 V附近时可动电极与固定电极接触。本研究为MEMS电容式麦克风的结构优化提供了一种可靠的方案。     

MEMS技术现状与发展前景

介绍了微电子机械系统（MEMS）技术的发展现状、加工工艺及产品市场。结合MEMS材料与加工技术,讨论了MEMS产品的封装技术及存在的问题,展望了MEMS技术的发展前景。     

高灵敏度Si基纤毛式MEMS湍流传感器

为了满足湍流探测高灵敏度、高分辨率的要求,提出了一种新型纤毛微电子机械系统(MEMS)湍流传感器。基于MEMS技术制作了硅十字梁敏感受力结构,通过橡胶探头的受力振动传递水中的湍流信号,凭借传感器头部的导流罩来保证传感器的高分辨率探测。对MEMS湍流传感器进行理论和仿真分析,其一阶共振频率达到481.04 Hz。经过海洋环境模拟机测试实验,结果显示其在50 MPa压力下保持了完好的结构和良好的性能,验证了其水下的可靠性。在湍流实验平台进行测试,通过比较标定法得出其灵敏度为1.92×10^-4 V·m·s^2/kg,满足海洋湍流测试要求。     

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.