带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应分析.pdf

《带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第23卷第5期传感技术学报Vo1．23No．5CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMay20102010年5月AnAnalysisofSqueezeFilmDampingforMEMSPlateStructureswithRaisedStripsZHOUZhenwei，YANGZhuoqing，CAIHaogang，DINGGu厂1．NationalKeyLaboratoryofMicro／NanoFabricationTechnology，KeyLaboratoryforThinFilmandMicrofabrication

2、TechnologyofMinistry'~IofEducation，ResearchInstituteofMicro／NanoScienceandTechnology，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；l2．DepartmentofMechanicalEngineering，ColumbiaUniversity，NewYork10027—6902，USA)＼Abstract：ToanalyzethesqueezefilmdampingeffectofMEMSplateswithraisedstri

3、ps，ananalyticalsolutionisgiventocalculatethecoeficientofsqueezefilmdampingbyusingReynoldsequationandthefirstboundarycondi—tions．AMEMSswitchwithraisedstripsisdesignedandfabricated．ASimulinkmodelwiththedampingcoeficientiscreatedtosimulatethedynamicresponse．Theconsistencyofthethreshold

4、accelerationinSimulinkandthetes—tingresultsofthedroppinghammersystemprovesthevalidityoftheoreticalanalysis．Keywords：MEMS；squeezefilmdamping；plateswithraisedstrips；analyticalsolutionEEACC：B2575D带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应分析木周镇威，杨卓青，蔡豪刚，丁桂甫＼2．哥伦比亚大学机械工程蓁系，纽约l00蒲27一6902细技术教育部重点实验室’微米旺技术国家级重点实验

5、室’上)』摘要：针对带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应，利用基本Reynolds方程和特定的第一类边界条件，给出一种压膜阻尼系数的解析分析方法。在带有凸条平板的MEMS微开关设计与制作的基础上，利用引入该压膜阻尼系数的Simulink模型仿真分析了微开关的动态响应特性，得到的阈值加速度与其落锤测试结果是一致的，从而验证了所提出的带有凸条平板压膜阻尼效应理论分析的正确性。关键词：微机电系统；压膜阻尼；带凸条平板；解析解中图分类号：TN603．5文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)05—0665—05许多微机械电子器件，如加速度计、谐振器、惯

6、且随着微机械结构的缩小更为明显。性微开关等，都带有可动部件及狭窄沟道，在器件工目前，研究微机械器件中压膜阻尼效应主要是作过程中，可动部件的运动会因微沟道中气体的快基于Reynolds方程，对于一些简单的平板结构，加速流动而受到阻尼力的作用。Newell发现，当一块上一些基本的边界条件，即可求解Reynolds方程得平板靠近另一块平板做高速振动时，板间气体由于到解析解。Blechl4在1983年就给出了一种方便的压力的改变，会快速流入或流出该夹层，产生的粘滞求解方法，并且第一次提出了利用压膜阻尼效应来力会显著增加外力对运动平板的做功，导致夹层间控制器件频率响应的

7、独特思想，这也是MEMS器件气膜对平板运动产生压膜阻尼效应⋯，该效应在微中后来被广泛采用的一项技术。机电系统(MEMS)中是普遍存在的。WTrimmer指然而，对于一些复杂形状的微机械结构，为了防出，对于微机械器件来说，受到的表面力效应要比体止相对运动两块平板间的粘连，常会引入一些凸起积力的效应大J，因而，在传统机械中可以忽略的的条状结构以减小其接触面积。针对这种带有凸条表面力效应在微机械中可能会起到重要的作用，并平板的MEMS结构压膜阻尼效应的分析，目前尚无项目来源：高等教育科技创新工程重大项目培育资金项目资助(708037)；创新项目资助(7130935)

8、收稿日期：2009—11—17修改日期