大位移、低电压驱动MEMS静电梳齿驱动器的设计与研究.pdf

维普资讯 MEMS Device ＆ Technology 大位移 、低电压驱动 MEMS； 静电梳齿驱动器的设计与研究 李海军，杨拥军 (河北半导体研究所微米／纳米中心，河北 石家庄 050051) 摘要：分析 了MEMS静电梳齿驱动工作原理，以梳齿结构和弹性梁结构为基础。综合考虑了动 态特性、可靠性以及加工工艺可行性要求。提 出了非等高结构、变形曲臂梁结构、位移放大驱 动器、垂直z向位移静 电梳齿驱动器等四种大尺度、低 电压驱动线性MEMS静 电梳齿驱动器结 构设计。利用CAD采用FEA法分别建模、仿真。进行了大位移、低 电压驱动MEMS静 电梳齿驱 动器的动态与静态的研究，并获得 20V直流偏置、位移80～130 m、驱动器面积小于2mmx2lnln 的结果。 关键词：MEMS静 电梳齿驱动器；位移放大器；有限元 (FEA)方法 中图分类号：TP212 文献标识码 ：A 文章编号：1671-4776 (2002)07-0027-04 Design ofM EM S comb-drive actuator for large—·displacementand low ·v·oltage LIHai-jun，YANG Yong-jun (HebeiSemiconductorResearchInstitute，Micro／NanoCentre，Shijiazhuang050051，China) Abstract：Thispaperpresentsthe design and fabricationofMEMS comb-d·riveactuatorforlarge-· displacementand low—voltage．A new cna tileverbeam with low spring constna tsand smallarea，a displacement—ma plifierwith shortcomb fingers．a two—heightfbarication flow anda Z-motion actu— atorbasedon wto—heightfbarication tiredescribed．In the desing ，FEA method iSusedto simulate the static na d modelcharacters of structures．Presently with 2OV dc bias ．the displacement is from 8O m to 13O m，the overallraea ofactuatoriS less than 2mmx2mm．In addition，the dynma ic chraacterna d thereliba ility ofcomb —driveactuatorarena alyzed． Key words：MEMS comb —driveactuator；displacement—ma plifier；FEA 角位移的获得 ，多采用电热变形驱动、电磁驱动、 1 引 言 压电驱动以及 SMA驱动 ，加工工艺复杂、控制困 MEMS系统中有许多系统需要可动执行部件运 难、不适于批量集成生产。静电梳齿驱动结构采用 动较大线位移或角位移以实现其功能，如：MEMS 表面硅或体硅微细加工工艺，设计加工简单，驱动 光开关和光开关阵列、光可变衰减器、扫描微镜 、 控制电路简单，是 目前应用最为广泛的MEMS驱 微型机械臂等。在 MEMS研制中，大的线位移或 动器 。