[发明专利]静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测方法和系统

说明书

本发明涉及一种静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测方法和系统，其中方法，包括以下步骤：获取阶梯型微固支梁与底部固定电极之间的间隙模型、阶梯型微固支梁在静电力作用下发生变形的试函数模型和阶梯型微固支梁的结构参数；根据阶梯型微固支梁与底部固定电极之间的间隙模型和阶梯型微固支梁在静电力作用下发生变形的试函数模型，确定阶梯型微固支梁发生吸合时的临界试函数系数；根据阶梯型微固支梁的结构参数和试临界函数系数，计算阶梯型微固支梁的驱动电压。本发明中采用的建模方法简单、计算量小，可以快速完成复杂结构的吸合电压预测，并且预测结果准确度高。

技术领域

本发明涉及微机械系统技术领域，特别是涉及一种静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测方法和系统。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件，广泛应用于高新技术产业。根据不同的驱动方式MEMS器件可分为热驱动型、形状记忆合金驱动型、压电驱动型、电磁驱动型和静电驱动型，其中静电驱动型MEMS是应用非常广泛地一类MEMS产品。

驱动电压(actuation voltage)，又叫下拉电压(pull down voltage)或吸合电压(pull-in voltage)，是指微固支梁与衬底之间施加偏置电压V，使梁与衬底之间产生静电力，静电力作用下，梁向衬底方向发生弯曲变形。偏置电压越大，变形就越大，当变形超过一定的值，梁就失去稳定而突然倒向衬底方向，最后与衬底发生接触。这时的偏置电压就称为驱动电压，发生吸合时梁的变形称为吸合位置。驱动电压是MEMS的重要技术参数。

阶梯型微固支梁是MEMS中的一种常见结构，广泛应用于射频微开关、微传感器、微执行器等。驱动电压是静电驱动MEMS产品一个重要技术参数，决定着MEMS产品的性能、可靠性及应用范围，因此准确预测MEMS产品的吸合电压非常关键。

目前，常用的阶梯型微固支梁结构的MEMS产品吸合电压预测方法主要分为模型预测法和有限元预测法。模型预测法主要是将微固支梁简化为质量—弹簧模型，通过估算等效的弹簧常数来预测吸合电压，这类方法基于线性模型，与微结构实际的非线性行为相比，模型过于简化，计算误差较大，计算中考虑的影响因素较少，是一种粗略的估计方法。第二类是利用商业化有限元软件预测吸合电压，如CoventorWare、Intellisuite、ANSYS、COSMOL等。这一类方法存在着建模过程复杂、计算工作量大，计算结果的精度受有限元单元类型、网格大小影响，需要经验丰富的专业技术人员才能完成。

发明内容

基于此，有必要针对现有预测方法存在计算量大、计算结果误差大问题，提供一种静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测方法和系统。

一种静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测方法，包括以下步骤：

获取阶梯型微固支梁与底部固定电极之间的间隙模型、阶梯型微固支梁在静电力作用下发生变形的试函数模型和阶梯型微固支梁的结构参数；

根据取阶梯型微固支梁与底部固定电极之间的间隙模型和所述阶梯型微固支梁在静电力作用下发生变形的试函数模型，确定阶梯型微固支梁发生吸合时的临界试函数系数；

根据所述阶梯型微固支梁的结构参数和所述临界试函数系数，计算阶梯型微固支梁的驱动电压。

一种静电驱动阶梯型微固支梁的驱动电压预测系统，包括：

信息获取模块，用于获取阶梯型微固支梁与底部固定电极之间的间隙模型、阶梯型微固支梁在静电力作用下发生变形的试函数模型和阶梯型微固支梁的结构参数；