Термоактюатор поворота микрозеркала Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Секция конструирования электронной аппаратуры

УДК 621.3.049.77.001.2

И.В. Куликова ТЕРМОАКТЮАТОР ПОВОРОТА МИКРОЗЕРКАЛА

Разработан термоактюатор горизонтального поворота микрозеркала. Технологический маршрут изготовления актюатора основан на стандартной поверхностной технологии МиМРБ [1].

Термоатюатор состоит из двух биморфных балок, выполненных в виде спирали, каждая из которых прикреплена с одного конца к якорю, а с другого - к подвижному элементу. Биморфная балка представляет собой две пластины из поликремния и алюминия (рис. 1). В основу принципа функционирования данного термоактюа-тора положена разность коэффициентов линейного расширения двух материалов при изменении температуры. При протекании тока балка нагревается и, поскольку алюминий и поликремний имеют различные коэффициенты линейного расширения, спираль из биморфной балки будет скручиваться, тем самым изменяя угол.

Разработаны модели угла поворота 0 и силы Г, вырабатываемой актюатором, в виде выражений

1 1 1 1 11

Рис.1. Структура термоактюатора

0 =

180

(1)

Г

ЛаА1 - а81 )ДТ

[л Л 1 — VAl ( Е§1 Л и* 2

V ЕА1 V1 — VSi 3ИА1

V

1

— + 2

1 — V,

Е

Е

1 — V

я У

6И.

(г

Е

А1

1 — V

И

А

А1 У

Е

\ 1 2 Л И81

1 — V

81 У

2

(2)

где ДД - разность температур, НАЪ И8 - толщина алюминия и кремния, ЕА1, - модуль Юнга алюминия и кремния, уАЬ - коэффициент Пуассона для данных мате-

риалов, I - длина и w - ширина биморфной балки.

На рис. 2 и 3 представлены графики, полученные с помощью данных моделей при нагреве балки на 100 0С.

И

И

2

Секция конструирования электронной аппаратуры

На основе анализа полученных моделей найдено соотношение физических и топологических параметров биморфной балки, являющееся критерием функционирования актюатора:

И

лг

И

>

Е

лг

V1 -улг )

(3)

При невыполнении условия (3) сила, вырабатываемая термоактюатором, будет равна нулю (рис. 2), а следовательно, и угол отклонения также будет равен нулю.

Рис.2. Зависимость силы, вырабатываемей актюатором при нагреве на 100 "С, от толщины поликремния и алюминия

Рис. 3. Зависимость угла поворота от длины балки и толщины алюминия

2

В [2,3] приведена эмпирическая модель угла поворота биморфной балки, полученная на основе экспериментальных данных в следующем виде:

_ 270 I (алг -а

6 =--------—-------— АТ , (4)

п И

где И - общая толщина биморфной балки. На рис. 4 представлены зависимости угла отклонения актюатора, рассчитанные по выражению (1) - (-*-) и выражению (4) - (-), при параметрах, приведенных в таблице.

Параметры алюминия и кремния

Материалы а, м/(м 0С) Ь, мкм Е, Па V

81 2.3 Т-6 1 1,5 Е11 0,2

А1 22.5 Е-6 0,9 0,73 Е11 0,3

(4)

физические свойства материалов, из которых биморфная балка выполнена. Это , -ся. На рис. 5 видно, что угол поворота зависит также и от соотношения толщины алюминия и поликремния.

Рис. 4. Графики зависимости угла Рис. 5. Зависимость угла поворота от

поворота от длины балки, длины балки и толщины алюминия

рассчитанные по выражению (1) - (-*—) и (4) - (—

Анализ результатов моделирования показал, что разработанная модель угла поворота имеет погрешность порядка 5% по сравнению с выражением (4), полученным на основе экспериментальным данных [2,3]. При этом разработанная модель позволяет учитывать толщину слоев и механические свойства биморфной , -чете различных биморфных структур.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (проект 208.02.02.021) в рамках программы «Научные исследования высшей шко-

», « -», ( 00-2.2-220) -тальным исследованиям в области технических наук, раздел «Электроника и радиотехника», подраздел «Проектирование электронных приборов и радиоэлек-».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. URL: http://www.memsrus.com.

2. Гордое А.Н., Жагулло О.М., Иванова АТ. Основы температурных измерений. М.: Энер-гоатомиздат, 1992.

3. Новикова С.И.. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.

УДК 621.3.049.77.001.2

Б.Г. Коноплев, И.Е. Лысенко МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО МИКРОНАСОСА

Микронасосы находят широкое применение в микролабораторных системах химического анализа жидкостей, крови, ДНК; системах дозирования различных лекарственных препаратов.

Целью данной работы является разработка методики проектирования интегрального микронасоса с пьезоэлектрической активацией.