基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器的製造方法
2023-09-16 16:25:15
基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器，包括：一微梁，所述微梁兩側向外延伸形成動齒電極；固定基座，所述固定基座兩端設有定齒電極，所述定齒電極與所述動齒電極相交錯組成調節電極；兩放大機構，所述放大機構分別位於所述微梁兩側，該放大機構包括與微梁直接相接的調節梁和在固定基座兩端設置的定位導向槽，定位導向槽與調節梁之間設有楔形塊，定位導向槽用於限制楔形塊僅在上下方向運動。通過楔形塊在定位導向槽內的上下運動和改變調節電極上的調節電壓，可以以此改變軸向力，實現驅動器的兩級調控。
【專利說明】 基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器
【技術領域】
[0001]本發明屬於微機械【技術領域】，特別涉及一種靜電驅動的具有兩級調控功能的新型微機械驅動器；該發明的微機械驅動器可應用於射頻開關、混頻器、移相器、雙工收發器、諧振器、重構天線等射頻微波領域。
技術背景
[0002]基於兩級調控的靜電驅動新型大變形微機械驅動器，是由微細加工技術加工而成。該驅動器突破傳統兩端固支梁型微驅動器單向橫向加載方法及傳統工藝調節機構，根據縱橫彎曲理論，利用軸向裝配兩級調控機構(楔形粗調機構及軸向靜電精調機構)，通過改變軸向力的大小，同時施加橫向激勵，實現微驅動器大變形目標。
[0003]2010年杭州電子科技大學許立等[一種用於微諧振器頻率調節的靜電梳齒結構設計，許立、董林璽、王威，機械工程，2010]提出了一種用於微諧振器的靜電梳齒結構，如圖2所示。該結構主要由，固定錨點11，驅動端定齒電極13，驅動端動齒電極14，調節端動齒電極15，調節端定齒電極16，彈性梁12組成。通過改變調節端梳齒上的調節電壓，來改變諧振器的有效彈性係數。而在驅動端梳齒上施加驅動電壓後，彈性梁發生振動，當驅動端的驅動頻率，與彈性梁的固有頻率接近時，彈性梁發生諧振，彈性梁此時變形量最大。但該結構存在以下問題:
[0004]I)該諧振器結構複雜，變形量小。
[0005]2)諧振器調節範圍較小，無法進行二次調控。
[0006]2011年西北工業大學張峰等[靜電梳齒驅動結構的穩定性分析，張峰、苑偉政、常洪龍、丁繼亮、謝建兵，傳感技術學報，2011]設計了一種靜電梳齒驅動器，其結構如圖所示。該驅動器主要由以下幾個部分組成，圖2中21為驅動器固定梳齒，圖2中22為驅動器錨點，圖2中23為驅動器活動梳齒，圖2中24為質量塊，圖2中25為彈性支撐梁。在固定梳齒和活動梳齒上施加驅動電壓，產生驅動激勵後，彈性支撐梁上的質量塊會產生位移，文章指出該驅動器產生14um的最大位移時，驅動電壓在60V左右。該結構的問題在於:
[0007]I)結構固定，驅動器驅動電壓大。
[0008]2)驅動器的變形量不能進行二次調控。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，區別於傳統工藝調節機構，採用裝配兩級調節機構，提出了一種基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器。
[0010]基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器，包括:
[0011]—微梁I,所述微梁I兩側向外延伸形成動齒電極5 ；
[0012]固定基座2,所述固定基座2兩端設有定齒電極6,所述定齒電極6與所述動齒電極5相交錯組成調節電極；
[0013]兩放大機構，所述放大機構分別位於所述微梁I兩側，該放大機構包括與微梁I直接相接的調節梁7和在固定基座2兩端設置的定位導向槽3，定位導向槽3與調節梁7之間設有楔形塊4，定位導向槽3用於限制楔形塊4僅在上下方向運動。
[0014]所述楔形塊4有一定的楔形角，可以實現楔形塊4在上下方向運動時，調節梁7與定位導向槽3間距離變化，從而實現微梁I壓縮量的改變。
[0015]所述楔形塊4能夠在定位導向槽3內運動，當所述楔形塊4在定位導向槽3內上下運動時，所述楔形塊4會擠壓與之相連的調節梁7，所述調節梁7會擠壓所述微梁1，以改變微梁I長度。當所述楔形塊4向下運動時，所述楔形塊4向內擠壓調節梁，微梁I沿軸方向壓縮，從而實現微驅動器軸向力粗調。通過在調節電極上施加不同的調節電壓，微梁I所受軸向力發生變化，從而實現微驅動器軸向力的精密調節。
[0016]所述固定基座2設有定極板8，所述微梁I上端設有動極板9，所述微梁與所述定極板共同組成驅動電極，所述驅動電極與外部驅動電路相連。
[0017]所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動空間。
[0018]所述固定基座2、微梁1、調節電極和放大機構均由娃材料製成。
[0019]所述動齒電極5、定齒電極6、微梁I和固定基座2下端表面均沉積有金膜層。
[0020]在上述技術方案的基礎上，所述交錯的定齒電極與動齒電極組成調節電極，並與外部調節電路相連。
[0021]在上述技術方案的基礎上，所述微梁和固定基座的表面沉積有金膜層，兩金膜層之間形成了驅動電極，該驅動電極可以與外部驅動電路相連。
[0022]本發明的有益效果是，本發明設置了定位導向槽，可以限制楔形塊的運動方向。放大機構中楔形塊沿定位導向槽向下運動時，向內擠壓使微梁沿軸向壓縮，從而實現微驅動器軸向力的粗調。通過在多對調節電極上施加不同調節電壓，實現微驅動器軸向力的精密調節。放大機構中的楔形塊具有一定的傾斜角，楔形塊在上下方向運動時，微梁的壓縮量可以連續的變化，實現微驅動器軸向力的連續調節功能。微梁與固定基座之間有驅動電極，產生橫向激勵，使微梁可以採用縱橫彎曲理論屈曲變形，突破了傳統單向加載方式，減小了驅動電壓，增大變形量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明現有技術示意圖；
[0024]圖2為本發明另一現有技術不意圖；
[0025]圖3為本發明的靜電驅動大變形微機械驅動器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖3和實施例，對本發明進一步說明。
[0027]本發明為基於兩級調控的靜電驅動新型大變形微機械驅動器，其包括:
[0028]—微梁I,所述微梁I兩側向外延伸形成動齒電極5。
[0029]固定基座2,所述固定基座2兩端設有定齒電極6,所述定齒電極6與所述動齒電極5相交錯。
[0030]兩放大機構，所述放大機構分別位於所述微梁I兩側，與微梁I直接相接的為調節梁7，所述固定基座2兩端設有定位導向槽3，定位導向槽3與調節梁7之間設有楔形塊4，所述定位導向槽3可以限制楔形塊4僅在上下方向運動。所述楔形塊4有一定的楔形角，可以實現楔形塊4在上下方向運動時，調節梁7與定位導向槽3間距離變化，從而實現微梁I壓縮量的改變。
[0031]所述楔形塊4能夠在定位導向槽3內運動，當所述楔形塊4在定位導向槽3內上下運動時，所述楔形塊4會擠壓與之相連的調節梁7，所述調節梁7會擠壓所述微梁1，以改變微梁I長度。當所述楔形塊4向下運動時，所述楔形塊4向內擠壓調節梁，微梁I沿軸方向壓縮，從而實現微驅動器軸向力粗調。通過在調節電極上施加不同的調節電壓，微梁I所受軸向力發生變化，從而實現微驅動器軸向力的精密調節。
[0032]所述相互交錯的動齒電極5和定齒電極6組成調節電極。
[0033]所述固定基座2設有定極板8，所述微梁I上端設有動極板9，所述微梁與所述定極板共同組成驅動電極，所述驅動電極與外部驅動電路相連。所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動空間。
[0034]所述固定基座2、微梁1、調節電極、放大機構均由矽材料製成。組成調節電極的動齒電極5、定齒電極6，微梁I上端，固定基座2下端表面均沉積有金膜層。
[0035]通常情況下，微梁處於直線狀態，調節電極和驅動電極電壓為0，在微驅動器工作時，向下擠壓放大機構中的楔形塊4壓縮微梁，然後在調節電極上施加調節電壓，利用粗調和精調機構確定了微驅動器工作的軸向力。為使微驅動器發生大變形，在驅動電極上施加驅動電壓，產生橫向激勵，此時微梁受軸向力和橫向激勵的共同作用，在縱橫彎曲效應下，微梁產生屈曲變形，實現了大變形的目標。
[0036]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的【具體實施方式】僅限於此，對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。
【權利要求】
1.基於兩級調控的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於，包括: 一微梁(I)，所述微梁(I)兩側向外延伸形成動齒電極(5)； 固定基座(2)，所述固定基座(2)兩端設有定齒電極(6)，所述定齒電極(6)與所述動齒電極(5)相交錯組成調節電極； 兩放大機構，所述放大機構分別位於所述微梁(I)兩側，該放大機構包括與微梁(I)直接相接的調節梁(7)和在固定基座(2)兩端設置的定位導向槽(3)，定位導向槽(3)與調節梁(7)之間設有楔形塊(4)，定位導向槽(3)用於限制楔形塊(4)僅在上下方向運動。
2.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述楔形塊(4)有一定的楔形角，可以實現楔形塊(4)在上下方向運動時，調節梁(7)與定位導向槽(3)間距離變化，從而實現微梁(I)壓縮量的改變。
3.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述楔形塊(4)能夠在定位導向槽(3)內運動，當所述楔形塊(4)在定位導向槽(3)內上下運動時，所述楔形塊(4)會擠壓與之相連的調節梁(7)，所述調節梁(7會擠壓所述微梁(I)，以改變微梁(I)長度。當所述楔形塊(4)向下運動時，所述楔形塊(4)向內擠壓調節梁，微梁(I)沿軸方向壓縮，從而實現微驅動器軸向力粗調；通過在調節電極上施加不同的調節電壓，微梁(1)所受軸向力發生變化，從而實現微驅動器軸向力的精密調節。
4.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述固定基座(2)設有定極板(8)，所述微梁(I)上端設有動極板(9)，所述微梁與所述定極板共同組成驅動電極，所述驅動電極與外部驅動電路相連。
5.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動空間。
6.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述固定基座(2)、微梁(I)、調節電極和放大機構均由矽材料製成。
7.如權利要求1所述的靜電驅動大變形微機械驅動器，其特徵在於:所述動齒電極(5)、定齒電極(6)、微梁(I)和固定基座(2)下端表面均沉積有金膜層。
【文檔編號】B81B7/00GK103787263SQ201310583495
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】田文超, 扈江磊, 趙麗敏 申請人:西安電子科技大學