基于微制造的多晶硅薄膜型柔性铰链

摘要/Abstract

摘要： 将宏机械柔性铰链设计思想应用到硅微机械机构设计中，采用表面硅牺牲层工艺制作了结构层厚度为2 mm的多晶硅薄膜型微机械柔性铰链及在线测试机构，对微米尺度柔性铰链的微机械性能进行了理论和试验研究。以直圆型多晶硅薄膜柔性铰链为例，对其转动刚度采用现有宏机械柔性铰链理论的计算值为8 N·mm/rad，试验测试结果为120 N·mm/rad。宏理论计算和微机械测试结果之间的偏差较大，这表明在微尺度效应的影响下，宏机械柔性铰链理论模型不能直接用于薄膜型硅微机械柔性铰链的计算。根据试验数据对宏机械柔性铰链计算公式进行了修正，得到了描述薄膜型硅微机械柔性铰链静态特性的近似经验公式，可满足薄膜型硅微机械柔性铰链的设计与计算。

关键词: 薄膜, 多晶硅, 柔性铰链, 微机电系统, 微制造, 直圆柔性铰链

Abstract: The structural style of steel flexure hinge is applied to design of silicon micromachining structures. Polysilicon thin film flexure hinges and the on line testing device are fabricated using surface micromachining process, and the thickness of structure layer is 2 mm. Character of polysilicon thin film flexure hinge is researched and tested. Take right circular polysilicon thin film flexure hinge as an example, the rotational stiffness calculated using the macro theory is 8 N·mm/rad and the tested result is 120 N·mm/rad. Through theory analysis and measurements, it is found that the macroscopic machine model of flexure hinge could not be applied for the design of micromachining thin film flexure hinge properly because of the size-effect. According to experimental data, the formula used in macroscopic machine is modified to meet the design and calculation of micromachining thin film flexure hinge.

Key words: MEMS, Micromachine, Polysilicon, Right circular hinge, Thin film Key words: Flexure hinge

中图分类号:

TH112

张永宇;陈晓阳;赵江铭. 基于微制造的多晶硅薄膜型柔性铰链[J]. , 2006, 42(6): 193-198.

ZHANG Yongyu;CHEN Xiaoyang;ZHAO Jiangming. POLYSILICON THIN FILM FLEXURE HINGE FABRICATED USING SURFACE MICROMACHINING TECHNOLOGY[J]. , 2006, 42(6): 193-198.

[1]	田边, 刘江江, 张仲恺, 刘兆钧, 马荣, 林启敬, 蒋庄德. 基于多节点阵列结构的高精度薄膜温度传感器研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(4): 92-100.
[2]	谢超, 张恩杰, 严飙, 高峰, 杨金平, 房光强, 王治易. 空间可展薄膜阵列天线构型设计与验证[J]. 机械工程学报, 2024, 60(3): 11-27.
[3]	葛雪峰, 姜佳宝, 赵耀. 金属化膜电容器电热仿真分析^*[J]. 电气工程学报, 2023, 18(3): 224-231.
[4]	王瑞雪, 王慧妍, 薛爽, 贺建芸, 陈茜, 张庆, 谢鹏程, 杨卫民, 谭俊. 管状工件内表面铬基薄膜沉积技术研究进展[J]. 机械工程学报, 2023, 59(24): 56-71.
[5]	李立建, 姚建涛, 郭飞, 王迎佳, 王丽君. 混合型柔性铰链构型设计与柔度建模[J]. 机械工程学报, 2022, 58(21): 78-91.
[6]	林路禅, 刘磊, 邹贵生, 李铸国. 基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展[J]. 机械工程学报, 2022, 58(2): 17-25.
[7]	王联甫, 丁烨, 王根旺, 管延超, 王扬, 杨立军. 激光诱导微纳连接技术研究进展[J]. 机械工程学报, 2022, 58(2): 88-99.
[8]	杜雪林, 葛东明, 杜敬利. 含索段连接器和金属反射丝网的索网形态分析[J]. 机械工程学报, 2022, 58(12): 130-139.
[9]	王嘉, 张云安, 韩旭. 基于互依关系的退化与随机冲击建模研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(2): 230-238.
[10]	克帕依吐·吐尔逊, 李明, 汪齐, 廖凯. 石榴石型直流光学电流互感器及其稳定性研究^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 149-158.
[11]	林秋红, 张骞, 贾文文, 邱慧, 王馨玉, 蔡建国. 大型空间薄膜遮阳罩折展构型设计与分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(5): 13-20.
[12]	项平, 丁潇, 吴明儿, 从强, 邱慧, 林秋红. 大型平面薄膜天线找形及张拉成形数值分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(5): 141-149.
[13]	彭福军, 恽卫东, 耿海峰. 空间增阻薄膜结构研究进展及关键技术[J]. 机械工程学报, 2020, 56(13): 156-164.
[14]	董航佳, 李团结, 王作为. 广义可展开单元非线性动力学分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(11): 58-64.
[15]	李支康, 赵立波, 李杰, 赵一鹤, 徐廷中, 罗国希, 李雪娇, 郭帅帅, 蒋庄德. 层合薄膜电容式微加工超声换能器(CMUTs)谐振频率分析[J]. 机械工程学报, 2019, 55(24): 11-20.

基于微制造的多晶硅薄膜型柔性铰链

POLYSILICON THIN FILM FLEXURE HINGE FABRICATED USING SURFACE MICROMACHINING TECHNOLOGY

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价