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.

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POLYSILICON THIN FILM FLEXURE HINGE FABRICATED USING SURFACE MICROMACHINING TECHNOLOGY

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