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标题: 微结构电磁加载技术 [打印本页]

作者: duller 时间: 2010-10-19 10:08
标题: 微结构电磁加载技术
微型驱动器作为构成微机电系统的主要元件，一直是各国MEMS研究中的一项重要内容，微驱动器技术的进步必将带动MEMS技术的全面发展。MEMS测试特别是MEMS动态机械特性测试对MEMS设计、制造和可靠性运行具有非常重要的意义。与宏观机械结构一样，MEMS动态测试包括振动激励、振动测量和模态分析等三个基本环节。通过某种激励力作用在被测MEMS器件上，使其产生振动响应，通过测量激励和响应，进而确定MEMS器件的共振频率和模态向量等参数，从而建立或验证MEMS器件的理论模型，并指导MEMS器件的结构优化设计。

目前用于微机电动静态测试中加载的驱动器主要有振动台和微探针两种，振动台加载法就是将MEMS微结构固定在振动台上，振动台振动时带动整个MEMS微结构振动，从而引起微结构动态响应。但该结构两个致命的缺点：振动台体积较大，使用中很不灵活，在许多测试中受体积限制，无法与测试设备配合使用；其次，振动台使MEMS微结构整体振动，很难精确控制测试参数，所以较大幅度的降低了测试精度。微探针加载也同样存在两个问题：测试精度差，而且探针直接作用于微结构，对微结构的损伤较大。

MEMS本身的极微小尺寸（毫米级到微米级）和超高频振动响应（数万赫兹到数兆赫兹），决定了MEMS动态加载的困难性和复杂性，本文提出的微机电器件电磁驱动加载器，成功的解决了MEMS圆片级动静态测试加载问题。

通过加载驱动微结构的活动部位（如加速度传感器的质量块）运动来测试出整个系统的动静态响应，解决MEMS微结构在封装前的圆片级动静态性能测试的加载问题。为此，设计了一种应用于微机电器件动静态测试中的微型电磁驱动器。

微型电磁驱动器主要包括四个部分：铁心、绕组线圈、基座平台和磁铁薄片。绕组线圈绕在铁心上并安装在基座平台内，磁铁薄片可以通过微镊子安装在2×2mm的质量块上。采用微细加工技术成功地制作出了这种微驱动器。该驱动器具有较大的驱动力和行程，适用于在垂直方向上需要较大偏转的微机电系统圆片级动静态加载测试。

当在绕组线圈中通入电流时，该线圈会产生磁场，磁铁薄片在该磁场的作用下磁化，从而受到电磁力的作用。该电磁力在垂直方向上的分量会驱动磁铁薄片向着线圈方向运动。这样就可以通过磁铁的运动带动MEMS微结构中的质量块一起运动，磁力大小可以通过所加电流的大小来调节。振动频率由交流电流的频率控制，在线圈两端加一定的偏压可以抵消其本身质量对运动的影响。

当磁铁薄片厚度超过15μm时，一般用电镀方法制备，其厚度的不均匀性会加大其中的残余应力。残余应力很大时会破坏弹性支撑结构，因而在保证能产生足够的电磁力的情况下，微型磁铁薄片厚度要尽可能小。由于电磁力与电流的平方成正比，因而增大电流时电磁力会急剧增大。但电流过大时，线圈会产生大量的热，从而会烧断线圈，所以通入的电流不能过大。可以通过增加线圈匝数的办法来提高电磁力。

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