Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究

发布时间：2017-04-23 00:09

  本文关键词：Bimorph结构MEMS微镜热驱动性能分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是融合机、光、电、磁等领域技术为一体,将常规集成电路工艺与微机械加工独有特殊工艺相结合的一种前沿技术。其具有能耗低、、体积小、集成度高、灵敏度高和价格低廉等特点,广泛应用于生物医疗、汽车工业、军事国防、航空航天等领域。电热型MEMS微镜,是一种利用微执行器驱动微反射镜面运动及偏转,以实现调整入射光空间分布的光调制器,广泛应用于通信领域。但电热型MEMS微镜的驱动方式决定了热量及温度对其的影响,故对电热型MEMS微镜进行热分析是非常必要的。本文主要分三部分对电热MEMS微镜的热分析进行研究,即执行器温度分布、驱动臂串扰和衬底温度。第一部分,针对电热MEMS微镜的一种Bimorph驱动器结构,以其热阻模型为基础,提出解耦和求解其功率分布与温度分布的方法;并以Bimorph平均温度为参考指标,提出一种Bimorph结构对流系数的估算方法。第二部分,以一种有四个驱动臂的电热MEMS微镜研究对象,根据Bimorph结构中热源位置建立不同热串扰模型,分析其参数与驱动臂温度的关系,并以此提出抑制热串扰及提高加电驱动臂温度的可行性建议。最后,分析衬底温度。以一种衬底上嵌入了测温电阻的电热型MEMS微镜为研究对象,建立TO封装模型,并分析静态温度和温度响应,为提高衬底温度响应速度和保持衬底恒温提供了支撑。通过建模、理论分析推导、仿真和测试,对电热MEMS微镜进行了较全面的热分析,充实了电热MEMS微镜在热领域的研究内容,对电热MEMS微镜的设计及其应用具有重要价值。
【关键词】：Bimorph结构 MEMS微镜 热驱动 性能分析
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-13
• 1.1.1 MEMS简介9-10
• 1.1.2 MEMS的应用领域10-11
• 1.1.3 MEMS加工技术11-13
• 1.2 研究现状13-17
• 1.2.1 概述13
• 1.2.2 MEMS微镜及其分类13-14
• 1.2.3 MEMS微镜的应用14-17
• 1.3 本文研究的主要工作17-18
• 1.4 文章结构安排18-19
• 第二章 电热型MEMS微镜19-25
• 2.1 电热型MEMS微镜驱动方式19-21
• 2.2 电热Bimorph结构MEMS微镜21-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 电热Bimorph结构的热分析25-34
• 3.1 概述25
• 3.2 电热Bimorph结构热传递模型25-27
• 3.2.1 电热Bimorph结构的真空模型25-26
• 3.2.2 电热Bimorph结构的空气模型26-27
• 3.2.3 热传递模型分析27
• 3.3 电热Bimorph的温度分布27-31
• 3.3.1 解析法27-30
• 3.3.2 仿真迭代逼近法30
• 3.3.3 解析法与仿真迭代逼近法验证和对比30-31
• 3.4 空气对流系数的推导31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 热MEMS微镜的热串扰分析34-53
• 4.1 概述34
• 4.2 电热MEMS微镜的热串扰34-35
• 4.3 电热MEMS微镜的热串扰模型35-41
• 4.3.1 点热源的热串扰模型36-38
• 4.3.2 线热源的热串扰模型38-40
• 4.3.3 考虑空气对流的热串扰模型40-41
• 4.4 热串扰模型仿真与测试结果41-52
• 4.4.1 点热源模型：热源位置与串扰41-42
• 4.4.2 点热源模型（ = ）热阻及功率与串扰42-45
• 4.4.3 点热源模型（ = ）参数热阻及功率与串扰45-48
• 4.4.4 线热源模型48-51
• 4.4.5 模型对比分析51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 电热MEMS微镜的芯片衬底温度研究53-60
• 5.1 概况53
• 5.2 MEMS微镜衬底温度模型53-55
• 5.2.1 MEMS微镜衬底温度静态模型53-54
• 5.2.2 MEMS微镜衬底温度动态模型54-55
• 5.3 MEMS微镜衬底温度模型仿真及验证55-58
• 5.3.1 MEMS微镜衬底温度静态模型仿真55-57
• 5.3.2 MEMS微镜衬底温度动态模型仿真57-58
• 5.4 MEMS微镜衬底温度模型分析58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 仿真与测试结果分析60-64
• 6.1 Bimorph结构的对流系数仿真与验证60-61
• 6.2 热串扰模型仿真与测试61-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 论文总结64-65
• 7.2 工作展望65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文71-72
• 附录72-73
• 致谢73-74

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本文编号：321523