拓扑优化方法的研究现状及在微机构设计中的应用

简要介绍了MEMS的设计现状和拓扑优化方法 ,并根据MEMS中微机构的特点 ,概述了拓扑优化方法在微机构中的应用。最后以微夹钳为例 ,对不同负载、不同约束情况下微夹钳结构进行了拓扑优化设计     

拓扑优化方法的研究现状及在微机构设计中的应用

简要介绍了MEMS的设计现状和拓扑优化方法，并根据MEMS中微机构的特点，概述了拓扑优化方法在微机构中的应用。最后以微夹钳为例，对不同负载、不同约束情况下微夹钳结构进行了拓扑优化设计。     

大行程无寄生位移柔性压电微夹钳结构设计

该文设计了一种两级放大的新型柔性微夹钳结构,对其位移放大比等特性进行了研究。首先,设计了微夹钳的整体结构,第一级放大机构采用杠杆机构,第二级采用半桥式放大机构。随后,利用刚度矩阵法对微夹钳柔性机构进行建模分析,并建立了平面三自由度的振动微分方程,根据所得方程计算出了微夹钳的位移放大比等特性。最后分别利用有限元和实验方法对模型分析得到的位移放大比进行了验证。结果表明,模型分析、有限元分析及实验的结果较吻合,证明了此微夹钳柔性机构以及建模方法的可行性和有效性。     

柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法.该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为“调度员“,将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能.最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果.     

梳状微谐振器的简单器件综合。

介绍了MEMS器件中微谐振器的简单综合方法:在给出一要求的频率值和明确设计变量与设计约束的条件下,提出一组规范尺寸,并用一种有效面积的综合方法,得到相应的微谐振器器件拓扑结构图,以及一组优化且实际有效的拓扑参数,实现微谐振器的简单器件综合。并用ANSYS软件进行了返回验证,结果误差均很小,符合设计要求。     

柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法。该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为"调度员",将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能。最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果。     

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.     

柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题，提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法。该方法采用遗传算法（GA）与有限元方法（FE）联合的优化策略，用MATLAB软件作为“调度员”，将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成，共同完成柔性机构的优化功能。最后以一种柔性微杠杆机构为例，实现了提出的优化方法，给出了优化的结果。     

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.     

面向掩模精化的表面微加工MEMS器件几何建模

MEMS器件设计流程中,为优化MEMS器件,常常需要对MEMS掩模进行精化设计.为了在MEMS精化设计中同步更新MEMS掩模与几何模型,提出一种面向掩模精化的表面微加工MEMS器件几何建模方法.该方法主要通过建立MEMS器件几何模型和工艺模型之间的依赖关系图,通过变动依赖关系,求出掩模精化所影响的几何元素,而后在几何模型中仅仅更新所影响的几何元素;对于所对应的几何模型存在拓扑突变等情况,该方法采用参数限定或局部几何模拟进行更新.实例分析表明,提出的几何建模方法能快速有效地响应掩模精化,从而有效地促进MEMS器件设计.     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RF MEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RF MEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RF MEMS微机械开关的下拉电压.用TE2819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0.32pF、6pF和25V.用HP8753C网络分析仪对RF MEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RF MEMS微机械开关在频率1.5GHz下关态的隔离度为35dB,开态的插入损耗为2dB,用示波器测得该开关的开关速度为3μs.     

MEMS微继电器及其关键问题研究现状

通讯等应用领域微型化的需求和微机械加工技术的进步推动了基于微机电系统(MEMS)技术的微继电器的快速发展。介绍了国外MEMS微继电器的研究现状,分析了不同类型MEMS微继电器的特点,讨论了MEMS微继电器的基本结构特征和关键问题,并分析了MEMS微继电器的发展趋势和面临的挑战。     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

基于MEMS工艺的微机械失效分析研究进展

随着微电子机械系统(MEMS)消费市场的不断增长,微器件的可靠性问题将是未来数年MEMS研究面临的新挑战.针对国内外近年来在微机械失效方面的主要研究内容,综述了基于MEMS工艺微机械的主要失效形式、失效机理和失效预防措施的最新研究成果和主要研究方法,着重总结了微机械的断裂、疲劳、磨损、黏附和蠕变等失效形式,并分析了这些失效形式对微器件的功能和性能的影响以及对这些失效的预防措施,通过结构优化、器件设计和加工质量控制等措施可降低失效的发生,提高可靠性.最后总结了微机械失效分析中存在的主要问题和以后的发展方向,提出建立通用的失效预测模型、标准的可靠性测试方法是未来微机械失效分析的研究重点.     

基于柔性放大机构的压电微夹钳研究

基于钳指可平动并能感知钳指位移与夹持力的要求,采用柔性放大机构对压电微夹钳进行了结构设计。基于ANSYS的压电耦合场分析技术,对压电微夹钳的静动态特性进行了分析表明,在200V的最大驱动电压下,钳指最大位移为233.9μm;在20V的阶跃驱动电压下,钳指的稳态位移为20.6μm,响应时间为0.1s;通过实验对压电微夹钳的静动态特性进行了测试,结果表明,在150 V的驱动电压下,钳指位移为78.4μm,夹持0.3mm×8mm微轴所产生的夹持力为9.2mN。     

受惠于终端应用广 MEMS市场前景大好

微机电系统(MEMS)在2010年增长强劲,和2009年的营业额相比增长了18.9%,根据市调机构IHS iSuppli最新调查显示,2012年到2014年MEMS都将维持两位数的增长。该机构认为iPhone4是MEMS扩大手机市场的重要因素,因为该手机采用陀螺仪及两个MEMS麦克风以抑制噪声。     

基于MEMS的微推进系统的研究现状与展望

重点介绍了目前国内外各种MEMS微推进系统的研究现状和不同微推进系统的技术特点，阐述了基于MEMS技术的微推进系统基本特征，并分析了MEMS微推进系统的发展趋势和面临的挑战。     

串联电容的静电驱动微执行器的动态Pull-in模型

在MEMS执行器的设计中,求出准确的pull-in参数是至关重要的.在过去的研究中,在准静态假设下,电压控制的MEMS微执行器的pull-in模型已经被提出,并且还提出了一些拓宽微执行器稳定行程的方法.在动态条件下,电压控制的MEMS微执行器的pull-in模型也已经被提出.但是,还没有人研究如何提高微执行器动态稳定行...     

电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制的方法

针对电力系统中微机电系统(MEMS)光开关在切换备纤时可能受到光控信号的影响而造成光时域反射仪(OTDR)发生损坏的问题,文章提出了一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制的方法,在对MEMS光开关进行完整的扫描后得到其精确的光信号通道功率等高图,然后再对其切换路径进行优化控制,使得MEMS光开关可以在平衡控制通道...     

悬臂梁微尖端器件的制备与应用研究进展

随着扫描隧道显微镜(SPM)家族的成熟,悬臂梁微尖端MEMS器件的广泛应用前景也逐渐清晰.对悬臂梁微尖端MEMS器件的种类、微尖端制作方法以及现今的研究应用方向进行了论述,最后指出了悬臂梁微尖端MEMS器件向着大规模阵列化发展的方向.