电热驱动式机械锁定微欧玛尔OMAL开关的研究
MEMS微OMAL开关是采用MEMS技术制备的一类重要的元器件。它与传统的OMAL开关相比,具有体积小、功耗低、接触电阻小、响应速度快、易于电路集成批量制造等优点。主要介绍了一种电热驱动式机械锁定微OMAL开关,从结构设计、材料选择、微加工工艺制备、性能测试等方面进行了研究。

电热驱动式机械锁定微欧玛尔OMAL开关的研究
设计的微OMAL开关将两个双层膜电热微驱动器,以悬臂梁形式构成OMAL开关的可动部件,并形成上下交错的空间结构,通过机械锁定实现双稳态,从而克服电热驱动器功耗大的缺点。主要的研究内容及结论包括以下几点:首先,根据双层膜电热微驱动器基于双金属片效应的驱动模式,提出了整个微OMAL开关的工作原理,并在此基础上介绍了微OMAL开关的实体结构,讨论了双层膜电热微驱动器的驱动层和偏置层的材料选择。采用热力机械分析仪TMA重点分析了电泳漆聚合物材料的热膨胀系数,所得结果为66.91e-5(K-1),并用此方法测试了电镀镍薄膜的热膨胀系数(1.45e-5(K-1)),由于热膨胀系数之间的较大差异,对双层膜电热微驱动器来说,这两种材料是较合适的材料组合。利用所测得的材料参数,对单臂电热微驱动器进行了ANSYS有限元仿真,比较了采用不同的电阻丝形状设计的电热微驱动器,在相同的加载条件下,位移场分布与温度场分布的差异,从而进一步分析了微OMAL开关结构设计的合理性和可行性。然后,讨论了电泳聚合物的制备和图形转移方法。设计了三个探索实验,从与微OMAL开关加工工艺兼容的角度,比较了采用掩膜电沉积进行图形转移和传统的掩膜刻蚀进行图形转移。得出传统的图形转移方法能够与微OMAL开关的加工工艺兼容,但是存在耗时长的缺点;掩膜电沉积的图形转移方法简单快捷,但会使光刻胶炭化,在与微OMAL开关的加工工艺兼容方面存在一定的缺陷。于是引进了一种新型的低温电泳漆,在120℃的条件下实现成膜固化,而不会对光刻胶产生影响。在探索实验的基础上,重点介绍了三维表面微加工工艺对微OMAL开关的制备,其中着重讨论了制备工艺中与铜牺牲层刻蚀相关的工艺、关于Cr/Au种子层刻蚀的细节工艺步骤、低温电泳漆在微OMAL开关中的应用。zui后,测试了微OMAL开关器件的性能。对微OMAL开关器件电学性能的测试,先从微OMAL开关的单臂梁入手,分析得出采用10%的占空比器件翘曲效果*,另外在考虑施加的峰值电流大小时,需要以电阻丝能承受的zui大功耗为依据。测试得到14Ω的单臂电热微驱动器,在峰值电流为80mA,占空比为10%时,翘曲位移为58.1μm,能够达到设计要求的56μm,初步验证了所设计微OMAL开关的可行性。

电热驱动式机械锁定微欧玛尔OMAL开关的研究
为保证微OMAL开关能够实现双稳态性能,提出了一种时序双脉冲驱动方式,重点介绍了实现此驱动方式的时序电信号的设计原理与应用,包括仿真芯片、按键模块和数码管显示模块等。利用输出此时序电信号的电路板搭建了测试平台,结果在示波器中捕捉到了电热微OMAL开关所连接的外部电路的导通信号,说明本次设计的电热驱动式机械锁定微OMAL开关能够形成搭接,实现双稳态。