静电微泵性能模拟的关键基础技术研究

发布时间：2020-07-11 08:46

【摘要】：微机电系统(Micro Electro Mechanical System,简称MEMS)是将微传感器、微执行器、控制及信号处理电路集成在一起的一种系统。MEMS将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子、IC、机械融为一体的系统。通过对MEMS的建模与仿真研究,可以对从设计到制造的每个环节进行比较和验证,从而优化MEMS器件的设计,检验制造工艺的有效性。 本文结合国家自然科学基金项目“基于FEM端点特性的微系统建模方法及应用研究”(批准号:50105020)展开论文的相关研究工作。等效电路建模技术将一个复杂的微电子机械系统分解为十分简单的部件,而且每个部件等效为一个电路,将各个电路连在一起,就组成了系统的等效电路模型。这种建模技术参数的物理意义清晰,能适用于各种微电子机械系统。但是等效电路的寻找比较困难,等效元件的寻找受到SPICE元件库的限制。本文采用有限元软件ANSYS探讨了静电驱动微泵的关键基础技术研究,并对各工艺参数对微泵性能的影响做了探讨。本文主要工作如下: 1.本文给出了节点宏模型、集总网络宏模型、硬件描述语言宏模型等建模方法及具体过程。并指出了它们的不足。 2.本文对机械场中等效电路宏模型的两种方法F—V类比法、F—1类比方法中的转化进行了详细的推导。建立了固支梁机电耦合等效电路宏模型。而在F—1类比中,也同样建立了相关等效电路宏模型。最后,给出了流体场的等效电路建模过程。 3.静电吸合是静电驱动中有名的不稳定现象。在本文,我们基于能量法推导了静电驱动吸合电压的CLOSE-FORM表达式,对固支梁的静电吸合现象作了研究。 4.本文利用有限元软件ANSYS对微泵进行了仿真分析,并分析了静态特性和动特性。采用ANSYS中的序贯耦合法、分别对机械场、静电场、流场设置物理环境,对三者之间的耦合进行了计算。并探讨主要参数对微泵性能的影响作了探讨。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH38
【图文】：

泵膜上部电极的网格划分图

泵膜的网格划分

图6.4三维网格图上图是对模型剖视，观察其二维图，两薄膜之间的间隙为静l包间隙。hsel163单元是个四一，5l’点单元，它的四个节点在其单元的厚度方向的中点，因为泵膜在驱动液体流进流出时，有一部分液体也会粘在泵膜上一起振动，这样，在模态分析时，同时要考虑附加液体的影响。利用She1163单元中的ADMSUA实常数，根据它人的研研，附加34Oum的流体厚度。卜面采用有限元软件ANSYS(程序见附录A)分析了泵膜的前6阶振型，见图5.10。模态分析是取的参数见表6.1。

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本文编号：2750189