靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法與系統技術方案

本發明專利技術提供一種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法與系統，基于階梯型微懸臂梁的結構參數，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比，再利用階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電力作用下階梯型微懸臂梁變形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比，最終獲得階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度計算值，當階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的長度等于最優長度計算值時，階梯型微懸臂梁結構達到最優，即表明當前階梯型微懸臂梁結構對應的驅動電壓已達到最低。整個過程中，處理過程簡單、計算量小，采用嚴謹的數據處理計算過程，實現對靜電驅動階梯型微懸臂梁結構的評價。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微機電系統
，特別是涉及靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價 方法與系統。
技術介紹
驅動電壓是靜電驅動微機電系統（Micro Electro Mechanical System, MEMS)產 品性能改進、新產品研發的一個重要技術參數，決定著MEMS產品的性能、可靠性及應用范 圍。大量研究表明，驅動電壓每降低5V，MEMS產品使用壽命可增加10倍。低驅動電壓不僅 可以明顯增強MEMS產品的性能，延長其使用壽命，而且可以擴大MEMS產品的應用范圍，是 靜電驅動MEMS產品研發的一個重要方向。 階梯型微懸臂梁是降低MEMS產品驅動電壓的一種有效結構型式，已經廣泛應用 于射頻微開關、微傳感器、微執行器等。與普通等截面梁相比，階梯型微懸臂梁具有更多的 結構參數，增加了結構設計的不確定性。由于MEMS產品中存在的結構、電場、溫度等多場耦 合作用使得微結構表現出復雜的非線性行為，階梯型微結構參數與驅動電壓的關系也變得 異常復雜。 靜電驅動階梯型微懸臂梁結構的如何評價其是否為最優結構，以充分利用階梯型 結構的優勢，目前尚無完整的方案。
技術實現思路
基于此，有必要針對目前靜電力階梯型微懸臂梁結構無法合理評價其是否為最優 結構的問題，提供一種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法與系統，實現對靜電驅動階 梯型微懸臂梁結構合理評價。 -種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法，包括步驟： 獲取階梯型微懸臂梁的結構參數，其中，階梯型微懸臂梁的結構參數包括階梯型 微懸臂梁總長度、階梯型微懸臂梁厚度、階梯型微懸臂梁與底部固定電極之間的間隙、階梯 型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長度、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及 靜電力作用區的微梁寬度； 根據階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及靜電力作用區的微梁寬度， 計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比； 根據階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電力作用下階梯型微懸臂梁變形的 試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比； 根據階梯型微懸臂梁總長度以及階梯型微懸臂梁無量綱長度比，計算階梯型微懸 臂梁非靜電力作用區的最優長度；當階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的長度等于階梯型微懸臂梁非靜電力作用區 的最優長度時，評價階梯型微懸臂梁結構達到最優。 一種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價系統，包括： 參數獲取模塊，用于獲取階梯型微懸臂梁的結構參數，其中，階梯型微懸臂梁的結 構參數包括階梯型微懸臂梁總長度、階梯型微懸臂梁厚度、階梯型微懸臂梁與底部固定電 極之間的間隙、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長度、階梯型微懸臂梁非靜電力作 用區的微梁寬度以及靜電力作用區的微梁寬度； 寬度比計算模塊，用于根據階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及靜電 力作用區的微梁寬度，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比； 長度比計算模塊，用于根據階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電力作用下階 梯型微懸臂梁變形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比； 最優長度計算模塊，用于根據階梯型微懸臂梁總長度以及階梯型微懸臂梁無量綱 長度比，計算階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度； 評價模塊，用于當階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的長度等于階梯型微懸臂梁非 靜電力作用區的最優長度時，評價階梯型微懸臂梁結構達到最優。 本專利技術靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法與系統，基于階梯型微懸臂梁的結 構參數，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比，再利用階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和 靜電力作用下階梯型微懸臂梁變形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比，最終獲 得階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度計算值，當階梯型微懸臂梁非靜電力作用區 的微梁長度等于最優長度計算值時，評價階梯型微懸臂梁結構達到最優，即表明當前階梯 型微懸臂梁結構對應的驅動電壓已達到最低，若不相等，則表明當前階梯型微懸臂梁結構 未達到最優，還可繼續優化。整個過程中，處理過程簡單、計算量小，采用嚴謹的數據處理計 算過程，實現對靜電驅動階梯型微懸臂梁結構的評價?！靖綀D說明】 圖1為本專利技術靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法第一個實施例的流程示意 圖； 圖2為梯型微懸臂梁結構的射頻MEMS開關的結構示意圖； 圖3為本專利技術靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價系統第一個實施例的結構示意 圖。【具體實施方式】 如圖1所示，一種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法，包括步驟： S100:獲取階梯型微懸臂梁的結構參數值，其中，階梯型微懸臂梁的結構參數包括 階梯型微懸臂梁總長度、階梯型微懸臂梁厚度、階梯型微懸臂梁與底部固定電極之間的間 隙、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長度、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁 寬度以及靜電力作用區的微梁寬度。 針對現有的階梯型微懸臂梁，對其進行評價時，首先要獲得其相應的結構設計參 數，具體來說，如圖2所示，這些參數包括階梯型微懸臂梁總長度L、階梯型微懸臂梁厚度h、 階梯型微懸臂梁與底部固定電極之間的間隙&、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長 度L1、寬度匕以及靜電力作用區的微梁寬度b2。 S200:根據階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及靜電力作用區的微梁 寬度，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比。 階梯型微懸臂梁無量綱寬度比β =NXb1A2，式中，N為階梯型微懸臂梁非靜電作 用區的梁個數，h為階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的單個微梁寬度，132為靜電力作用區 的微梁寬度。 S300:根據階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電力作用下階梯型微懸臂梁變 形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比。 在其中一個實施例中，階梯型微懸臂梁的無量綱參數關系式可以采用如下方式獲 得： 步驟一：根據修正的偶應力理論和歐拉-伯努利梁模型，建立階梯型微懸臂梁無 量綱參數的吸合電壓預測模型。 步驟二：根據階梯型微懸臂梁無量綱參數的吸合電壓預測模型和吸合電壓達到最 小值對應的吸合電壓一階導數為零原理，建立階梯型微懸臂梁的無量綱參數關系式。 非必要的，靜電力作用下階梯型微懸臂梁變形的試函數φΡ〇為單位載荷作用下 單位長度階梯型微懸臂梁的歸一化的變形函數。 S400:根據階梯型微懸臂梁結構設計參數以及階梯型微懸臂梁無量綱長度比，計 算階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度。 具體的計算公式為《 = L；/L，其中α為階梯型微懸臂梁無量綱長度比，L為階梯 型微懸臂梁總長度，1；為階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度。 S500:根據階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的長度與階梯型微懸臂梁非靜電力作 用區的最優長度時，評價階梯型微懸臂梁結構。 比較階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度與階梯型微懸臂梁非靜電力 作用區的長度L1的大小，若[=I1，則階梯型微懸臂梁結構達到最優，否則，階梯型微懸臂 梁結構未達到最優，驅動電壓未達到最小化，階梯型微懸臂梁結構還能進一步優化。 本專利技術靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法，基于階梯型微懸臂梁的結構參 數，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比，再利用階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電 力作用下階梯型微懸臂梁變形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比，最終獲得階 梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度計算值，當階梯型微懸臂梁非靜電力作用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種靜電驅動階梯型微懸臂梁結構評價方法，其特征在于，包括步驟：獲取階梯型微懸臂梁的結構參數，其中，階梯型微懸臂梁的結構參數包括階梯型微懸臂梁總長度、階梯型微懸臂梁厚度、階梯型微懸臂梁與底部固定電極之間的間隙、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長度、階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及靜電力作用區的微梁寬度；根據階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁寬度以及靜電力作用區的微梁寬度，計算階梯型微懸臂梁無量綱寬度比；根據階梯型微懸臂梁無量綱參數關系式和靜電力作用下階梯型微懸臂梁變形的試函數，計算階梯型微懸臂梁無量綱長度比；根據階梯型微懸臂梁總長度以及階梯型微懸臂梁無量綱長度比，計算階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度；當階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的微梁長度等于階梯型微懸臂梁非靜電力作用區的最優長度時，階梯型微懸臂梁結構為最優。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱軍華，蘇偉，劉人懷，宋芳芳，黃欽文，恩云飛，
申請(專利權)人：工業和信息化部電子第五研究所，
類型：發明
國別省市：廣東;44