專利名稱：：基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
的微驅(qū)動器，具體地說，涉及的是一種基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
：微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)最重要的兩個特征是微傳感器與微驅(qū)動器，其中微驅(qū)動器作為MEMS中最重要核心技術(shù)的一部分，其驅(qū)動機(jī)理及原型器件的制備成為近年來研究的重點。微驅(qū)動器的驅(qū)動機(jī)理主要是利用各種物理效應(yīng)，典型的驅(qū)動機(jī)制有靜電驅(qū)動、電磁驅(qū)動、電熱驅(qū)動、壓電驅(qū)動等。靜電驅(qū)動的MEMS微驅(qū)動器雖然結(jié)構(gòu)簡單，功耗較低，但要使其保持良好工作性能所需要的靜電驅(qū)動電壓較高，高電壓不但有損于使用壽命和穩(wěn)定性，而且與集成電路(IC)工藝不兼容。電磁驅(qū)動所需要的驅(qū)動電壓可以達(dá)到很低水平，但其工作特性的尺度效應(yīng)明顯，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗高而效率低。電熱驅(qū)動是一種適合于微尺度運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制，驅(qū)動電壓低而輸出力矩大，相同尺度下體積功率密度顯著高于靜電和電磁驅(qū)動，穩(wěn)定可靠。但是熱驅(qū)動亦有兩個顯著的缺點，即功耗較大且反應(yīng)速度慢。多方面研究表明，引入雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)有助于改善熱驅(qū)動器件的上述缺陷。所謂雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)是指在其運(yùn)動范圍內(nèi)具有兩個穩(wěn)定平衡位置的一種機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)在其一部分運(yùn)動過程中存儲能量，而當(dāng)其向另一個穩(wěn)定平衡位置運(yùn)動時釋放能量。這種機(jī)構(gòu)在受到外界比較小的驅(qū)動時會自動回到其穩(wěn)定平衡位置(即勢能最低的狀態(tài))上，而且具有無需能量輸入都能位于一個適當(dāng)平衡位置的特性。因此用雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)制作的MEMS微驅(qū)動器具有較好的驅(qū)動效果和較低的功耗。同時利用體積熱膨脹效應(yīng)較大的優(yōu)勢，彎曲梁在熱場中各向同性的膨脹，缺乏驅(qū)動方向的導(dǎo)向，如果此時給彎曲梁施加一個導(dǎo)向力，電熱驅(qū)動梁將會產(chǎn)生較大的響應(yīng)速度，且提高了驅(qū)動的定位精度。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Michael等在《Microelectromechanicalsystem》(《微機(jī)電系統(tǒng)》)2008年第17期第58-69頁上發(fā)表的題名"ANovelBistableTwo—WayActuatedOut—of-PlaneElectrothermalMicrobridge，，("~■種新型雙穩(wěn)態(tài)雙向面外運(yùn)動電熱驅(qū)動器")，該文獻(xiàn)報道提出了一種新型雙向驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電熱驅(qū)動器，該設(shè)計采用橋式面外運(yùn)動方式，電熱驅(qū)動部分采用由彈簧和支架支撐的彎曲梁構(gòu)成，同時彈簧和支架采用Si/Si02/Si02的三層結(jié)構(gòu)，當(dāng)驅(qū)動電壓9V時，橋長1200iam時可產(chǎn)生31iira的面外位移，可見其驅(qū)動效率是比較低的。同時，由于利用彈簧剛度和支架的熱應(yīng)力使梁彎曲，顯然驅(qū)動力很小，且彎曲梁易疲勞損傷導(dǎo)致壽命有限，而且熱驅(qū)動響應(yīng)慢，不足以達(dá)到快速控制外接電路開關(guān)的效果。另夕卜，WeisongWang等在《MicroelectronicEngineering》(《微電子工程》)2008年第85期第587-598頁上發(fā)表的題名"DesignofabidirectionalMEMSactuatorwithhighdisplacementresolution,largedrivingforceandpower-freelatching"("—種具有高位移分辨率、大驅(qū)動力及無源自鎖功能的雙向MEMS微驅(qū)動器")，該文獻(xiàn)報道提出了一種基于尺蠖結(jié)構(gòu)的雙向運(yùn)動的MEMS驅(qū)動器，其驅(qū)動機(jī)制采用兩個加緊裝置作為鎖定結(jié)構(gòu)，受熱膨脹的推進(jìn)桿的位移變化轉(zhuǎn)換成嵌入其中的光纖的位移變化，雖然分辨率很高，但驅(qū)動器的實際位移很小(只有約4pm)，該裝置主要面向光纖調(diào)節(jié)研究，在某些特定場合不足以適用，而且驅(qū)動響應(yīng)速度很慢，驅(qū)動機(jī)理與過程較復(fù)雜，不適合用于雙向接觸的微繼電器o
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，采用帶有剛體質(zhì)量塊的柔性電熱彈簧作為電熱電磁驅(qū)動單元，一個帶有可動觸點的雙向運(yùn)動梁在左右兩個靜觸點之間進(jìn)行穿梭運(yùn)動，并由帶有鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)械鎖定單元提供機(jī)械鎖定，實現(xiàn)了無功耗的雙向運(yùn)動的雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動模式。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括永磁體，襯底，電熱電磁驅(qū)動單元，雙向運(yùn)動梁單元，機(jī)械鎖定單元，電接觸單元。其中永磁體位于襯底下方，并與襯底緊密相連；電熱電磁驅(qū)動單元、雙向運(yùn)動梁單元、機(jī)械鎖定單元和電接觸單元分別位于襯底上方，雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元相連，構(gòu)成一個可以懸空自由運(yùn)動的可動梁；一對機(jī)械鎖定單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元的左右兩邊；一對電接觸單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元的左右兩端。上述各單元的功能電熱電磁驅(qū)動單元主要對可動梁單元的運(yùn)動產(chǎn)生驅(qū)動作用；可動梁單元主要實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的雙向運(yùn)動；機(jī)械鎖定單元對雙向運(yùn)動梁單元的運(yùn)動趨勢進(jìn)行機(jī)械鎖定，實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)；電接觸單元與雙向運(yùn)動梁單元共同協(xié)調(diào)作用，實現(xiàn)外接回路的斷開與閉合。所述電熱電磁驅(qū)動單元包括磁驅(qū)動基座、磁驅(qū)動電極、剛體質(zhì)量塊、柔性電熱彈簧。其中磁驅(qū)動基座位于襯底上方，并與襯底緊密相連；磁驅(qū)動電極位于磁驅(qū)動基座上方，剛體質(zhì)量塊的兩端分別連接一段柔性電熱彈簧；一對柔性電熱彈簧通過磁驅(qū)動電極與磁驅(qū)動基座相連。磁驅(qū)動基座提供結(jié)構(gòu)支撐作用，磁驅(qū)動電極用于接通外電流，柔性電熱彈簧和剛體質(zhì)量塊作為電熱電磁驅(qū)動主體為雙向運(yùn)動梁提供驅(qū)動力。所述一對柔性電熱彈簧并聯(lián)分布，具有反向的v型結(jié)構(gòu)。所述雙向運(yùn)動梁單元包括雙向運(yùn)動梁、鎖定滑塊、柔性緩沖彈簧、動觸點。其中雙向運(yùn)動梁與電熱電磁驅(qū)動單元中的柔性電熱彈簧相連，構(gòu)成可以自由運(yùn)動的可動梁；一對鎖定滑塊對稱分布于雙向運(yùn)動梁的左右兩邊，與機(jī)械鎖定單元中的鎖定觸頭相協(xié)調(diào)作用，共同實現(xiàn)對雙向運(yùn)動梁的機(jī)械鎖定；一對動觸點對稱分布于雙向運(yùn)動梁的左右兩端，通過柔性緩沖彈簧與雙向運(yùn)動梁相連，實現(xiàn)外接回路的斷開與閉合；蛇形結(jié)構(gòu)的柔性緩沖彈簧連接著動觸點，目的是為了防止電火花的產(chǎn)生，實現(xiàn)動、靜觸點之間更加有效的電接觸。所述機(jī)械鎖定單元包括熱驅(qū)動基座、熱驅(qū)動電極、U型熱驅(qū)動熱臂、U型熱驅(qū)動冷臂、鎖定觸頭。其中熱驅(qū)動基座位于襯底上方，并與襯底緊密相連；熱驅(qū)動電極位于熱驅(qū)動基座上方，U型熱驅(qū)動器熱臂和U型熱驅(qū)動器冷臂分別與熱驅(qū)動電極相連，一段圓弧形片段連接U型熱驅(qū)動器熱臂和U型熱驅(qū)動器冷臂；鎖定觸頭位于U型熱驅(qū)動器熱臂的端部，鎖定觸頭具有圓弧形結(jié)構(gòu)。其中，熱驅(qū)動基座提供結(jié)構(gòu)支撐作用，熱驅(qū)動電極用于接通外電流；利用U型熱驅(qū)動器熱臂和U型熱驅(qū)動器冷臂之間的非對稱熱膨脹效應(yīng)，可以實現(xiàn)鎖定觸頭的自鎖功能，使得雙向運(yùn)動梁上的鎖定滑塊順利的滑過鎖定觸頭，形成對雙向運(yùn)動梁的機(jī)械鎖定，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)功能。所述電接觸單元包括靜觸點和外接回路。其中外接回路位于襯底上方，并與襯底緊密相連；一對靜觸點隸屬于外接回路，它與雙向運(yùn)動梁上的動觸點相匹配，共同實現(xiàn)對外接回路的導(dǎo)通與斷開。本發(fā)明以MEMS微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，襯底可以根據(jù)器件的使用要求加以選擇，如玻璃片、硅片、氧化鋁陶瓷或者其他任何表面平整的基片。為了與集成電路的兼容需要，硅片是較好的選擇。永磁體黏附在襯底之下，采用室溫下在襯底上疊層電鍍及圖形化材料來實現(xiàn)雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)的制作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)勢在于-1、采用平直的雙向運(yùn)動梁作為微驅(qū)動器中的可動部件，而且梁的驅(qū)動位移是平行于襯底的面內(nèi)運(yùn)動，屬于梁的平動，相比
背景技術(shù)：
中提及的驅(qū)動梁的面外彎曲運(yùn)動，這樣就有效地避免了驅(qū)動梁因為彎曲過度導(dǎo)致疲勞損傷而壽命有限的問題。2、采用具有較大剛度系數(shù)的V型柔性電熱彈簧來提供較大的驅(qū)動力，在通電過程中，V型柔性電熱彈簧一方面受到一個由于電熱產(chǎn)生體積膨脹的電熱驅(qū)動力，一方面受到一個由于磁場作用的洛倫茲力，在兩者的協(xié)同驅(qū)動作用下使得V型柔性電熱彈簧運(yùn)動到一個與初始形狀相反的狀態(tài)，從而可實現(xiàn)了較大的驅(qū)動力和驅(qū)動位移。3、由于本設(shè)計結(jié)構(gòu)自身帶有自鎖機(jī)構(gòu)單元，當(dāng)雙向運(yùn)動梁上的動觸點到達(dá)靜觸點接通外電路后，在柔性電熱彈簧內(nèi)無電流接通的情況下，梁上的鎖定滑塊會與鎖定觸頭協(xié)同作用執(zhí)行自鎖功能，從而實現(xiàn)了微驅(qū)動器的雙向雙穩(wěn)態(tài)功能。綜上所述，本發(fā)明的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，充分體現(xiàn)了MEMS技術(shù)與靈巧機(jī)械結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，不僅合理利用了電熱電磁力的協(xié)調(diào)互助作用，巧妙地實現(xiàn)了無功耗的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制，而且基于電磁力的驅(qū)動方式，以及僅利用電熱膨脹的升溫過程，在不考慮電熱器件較長的冷卻過程時，使得本設(shè)計機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度大大提高。本發(fā)明制作簡單，成本較低，只需要兩個掩膜版即可完成整個微驅(qū)動器件的制作。圖1是實施例1中基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例1中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的雙向運(yùn)動梁單元示意圖；圖3是實施例1中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的電熱電磁驅(qū)動單元示意圖；圖4是實施例1中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的機(jī)械鎖定單元示意圖；圖中永磁體l，襯底2，雙向運(yùn)動梁單元3，電熱電磁驅(qū)動單元4，機(jī)械鎖定單元5，電接觸單元6，雙向運(yùn)動梁7、鎖定滑塊8、柔性緩沖彈簧9、動觸點10，磁驅(qū)動基座ll、磁驅(qū)動電極12、剛體質(zhì)量塊13、柔性電熱彈簧14，熱驅(qū)動基座15、熱驅(qū)動電極16、U型熱驅(qū)動器冷臂17、U型熱驅(qū)動器熱臂18、鎖定觸頭19，靜觸點20和外接回路21。具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1-4所示，本實施例基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器包括永磁體l，襯底2，雙向運(yùn)動梁單元3，電熱電磁驅(qū)動單元4，機(jī)械鎖定單元5，電接觸單元6。連接關(guān)系是永磁體1位于襯底2下方，并與襯底2緊密相連；電熱電磁驅(qū)動單元4、雙向運(yùn)動梁單元3、機(jī)械鎖定單元5和電接觸單元6分別位于襯底2上方，雙向運(yùn)動梁單元3與電熱電磁驅(qū)動單元4相連，構(gòu)成一個可以懸空自由運(yùn)動的可動梁；一對機(jī)械鎖定單元5對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元3與電熱電磁驅(qū)動單元4的左右兩邊；一對電接觸單元6對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元3的左右兩端。雙向運(yùn)動梁單元3、電熱電磁驅(qū)動單元4、機(jī)械鎖定單元5與電接觸單元6位于同一平面，并懸空于永磁體1和襯底2上方，構(gòu)成了雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器。電熱電磁驅(qū)動單元4主要對雙向運(yùn)動梁單元3中雙向可動梁7的運(yùn)動產(chǎn)生驅(qū)動作用，機(jī)械鎖定單元5主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)自鎖功能，實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)；雙向運(yùn)動梁單元3與電接觸單元6，用來實現(xiàn)驅(qū)動器狀態(tài)與外電路的接通或斷開。圖2是本實施例中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的雙向運(yùn)動梁單元3示意圖，所述雙向運(yùn)動梁單元3包括雙向運(yùn)動梁7、鎖定滑塊8、柔性緩沖彈簧9、動觸點IO。其中雙向運(yùn)動梁7與電熱電磁驅(qū)動單元4中的柔性電熱彈簧14相連，構(gòu)成可以自由運(yùn)動的可動梁；鎖定滑塊8具有圓弧形狀結(jié)構(gòu)，一對鎖定滑塊8對稱分布于雙向運(yùn)動梁7的左右兩邊，與機(jī)械鎖定單元中的鎖定觸頭19相協(xié)調(diào)作用，共同實現(xiàn)對雙向運(yùn)動梁的機(jī)械鎖定；一對動觸點10對稱分布于雙向運(yùn)動梁7的左右兩端，通過柔性緩沖彈簧9與雙向運(yùn)動梁7相連；蛇形結(jié)構(gòu)的柔性緩沖彈簧9連接動觸點10。動觸點10與電接觸單元6中靜觸點20相耦合實現(xiàn)了外電路的接通或斷開。柔性緩沖彈簧9主要在電接觸系統(tǒng)中起到防止電火花的產(chǎn)生，并實現(xiàn)了動、靜觸點之間更加有效的電接觸。圖3是本實施例中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的電熱電磁驅(qū)動單元4示意圖，所述電熱電磁驅(qū)動單元4包括磁驅(qū)動基座11、磁驅(qū)動電極12、剛體質(zhì)量塊13、柔性電熱彈簧14。其中磁驅(qū)動基座11位于襯底2上方，并與襯底2緊密相連；磁驅(qū)動電極12位于磁驅(qū)動基座11上方，剛體質(zhì)量塊13的兩端分別連接一段柔性電熱彈簧14;一對柔性電熱彈簧14并聯(lián)而成，具有反向的V型結(jié)構(gòu)，該柔性電熱彈簧14通過磁驅(qū)動電極12與磁驅(qū)動基座11相連。一對具有反向的V型結(jié)構(gòu)柔性電熱彈簧14，既作為電載體既承受一個體積熱膨脹所產(chǎn)生的電熱驅(qū)動力，又承受一個由于電磁場所產(chǎn)生的洛倫茲力，兩者共同作用產(chǎn)生了對雙向運(yùn)動梁7的雙向運(yùn)動；柔性電熱彈簧14的彈簧結(jié)構(gòu)既增加了電熱膨脹的幅度，又為剛體質(zhì)量塊13的左右擺動提供一定的柔性。具有高深寬比的剛體質(zhì)量塊13連接兩段柔性電熱彈簧14，實現(xiàn)了V型結(jié)構(gòu)的兩種運(yùn)動狀態(tài)。圖4是本實施例中雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器的機(jī)械鎖定單元示5意圖，所述機(jī)械鎖定單元5包括熱驅(qū)動基座15、熱驅(qū)動電極16、U型熱驅(qū)動器冷臂17、U型熱驅(qū)動器熱臂18、鎖定觸頭19。其中熱驅(qū)動基座15位于襯底2上方，并與襯底2緊密相連；熱驅(qū)動電極16位于熱驅(qū)動基座15上方，U型熱驅(qū)動器冷臂17和U型熱驅(qū)動器熱臂18分別與熱驅(qū)動電極16相連，一段圓弧形片段連接U型熱驅(qū)動器冷臂17和U型熱驅(qū)動器熱臂18;—對鎖定觸頭19分布于U型熱驅(qū)動器熱臂18的端部，鎖定觸頭19具有圓弧形結(jié)構(gòu)。其中，熱驅(qū)動基座15提供結(jié)構(gòu)支撐作用，熱驅(qū)動電極16用于接通外電流；利用U型熱驅(qū)動器冷臂17和U型熱驅(qū)動器熱臂18之間的非對稱熱膨脹效應(yīng)，可以實現(xiàn)鎖定觸頭19的自鎖功能，使得雙向運(yùn)動梁7上的鎖定滑塊10順利地滑過鎖定觸頭19，形成對雙向運(yùn)動梁7的機(jī)械鎖定，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)功能。所述電接觸單元6包括靜觸點20和外接回路21。外接回路21位于襯底2上方，并與襯底2緊密相連；一對靜觸點20隸屬于外接回路21，它與雙向運(yùn)動梁7上的動觸點10相匹配，共同實現(xiàn)對外接回路21的導(dǎo)通與斷開。所述的襯底是以玻璃片、硅片、氧化鋁陶瓷或者其他任何表面平整的基片為襯底形成的金屬支撐結(jié)構(gòu)。如圖1所示，在靜止?fàn)顟B(tài)時，左右兩個柔性電熱彈簧14由于剛體質(zhì)量塊13的作用，呈現(xiàn)如圖所示形狀相反的兩種狀態(tài)，當(dāng)整個驅(qū)動機(jī)構(gòu)處于永磁體提供的垂直襯底向上的磁場B中。如果在左邊柔性電熱彈簧14的電極兩端通入一定電勢差El時，該柔性電熱彈簧14必將受到一個由于電熱產(chǎn)生體積膨脹的電熱驅(qū)動力和一個由于磁場作用的洛倫茲力，根據(jù)左手定則，該彈簧14將受到一個向右(即圖中所示的X正方向)的導(dǎo)向作用力(洛倫茲力)，從而推動雙向運(yùn)動梁7向右驅(qū)動，運(yùn)動的結(jié)果是左邊柔性電熱彈簧14呈現(xiàn)與右邊柔性電熱彈簧14相同的變形方向，雙向運(yùn)動梁7同時被右邊機(jī)械鎖定單元5鎖定，右邊電接觸單元6導(dǎo)通。此時，左邊柔性電熱彈簧14的電極之間(El)停止通電，可實現(xiàn)無功耗的單向穩(wěn)態(tài)接觸。若要斷開右邊電接觸單元6，可在右邊機(jī)械鎖定單元5的兩端同時通入電勢差E3、E4，則右邊機(jī)械鎖定單元5中的鎖定觸頭19被打開，由于柔性電熱彈簧14在變形過程中儲存的彈簧勢能使得雙向運(yùn)動梁7又恢復(fù)到最初的狀態(tài)。同理，如果在右邊柔性電熱彈簧14的電極兩端通入一定電勢差E2時，雙向運(yùn)動梁7將沿向左(即圖中所示的X負(fù)方向)運(yùn)動，同時被左邊鎖定機(jī)構(gòu)5鎖定，實現(xiàn)了左邊電接觸單元6的導(dǎo)通，右邊柔性電熱彈簧14的電極之間(E2)停止通電時，又可實現(xiàn)另外一種運(yùn)動方向下無功耗的單向穩(wěn)態(tài)接觸。綜上所述，所設(shè)計的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器就實現(xiàn)了無功耗的雙向運(yùn)動的雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動模式。相比于以往采用面外彎曲運(yùn)動的雙向運(yùn)動梁結(jié)構(gòu)，本實施例利用可動梁平行于襯底的面內(nèi)平動，在一對帶有剛體質(zhì)量塊的V型柔性電熱彈簧的雙向驅(qū)動下實現(xiàn)了雙向運(yùn)動。同時，采用了雙向鎖定機(jī)構(gòu)執(zhí)行自鎖功能，當(dāng)動觸點到達(dá)靜觸點接通外電路后，在無任何外界能量輸入的情況下，實現(xiàn)了微驅(qū)動器的雙向雙穩(wěn)態(tài)功能。本實施例充分體現(xiàn)了MEMS技術(shù)與靈巧機(jī)械結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，不僅合理利用了電熱電磁力的協(xié)調(diào)互助作用，巧妙地實現(xiàn)了無功耗的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制。權(quán)利要求1、一種基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器機(jī)構(gòu)，其特征在于包括永磁體、襯底、電熱電磁驅(qū)動單元、雙向運(yùn)動梁單元、機(jī)械鎖定單元和電接觸單元，其中永磁體位于襯底下方，并與襯底緊密相連；電熱電磁驅(qū)動單元、雙向運(yùn)動梁單元、機(jī)械鎖定單元和電接觸單元分別位于襯底上方，雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元相連，構(gòu)成一個懸空自由運(yùn)動的可動梁；一對機(jī)械鎖定單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元的左右兩邊；一對電接觸單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元的左右兩端。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，其特征是，所述電熱電磁驅(qū)動單元包括磁驅(qū)動基座、磁驅(qū)動電極、剛體質(zhì)量塊、柔性電熱彈簧，其中磁驅(qū)動基座位于襯底上方，并與襯底緊密相連；磁驅(qū)動電極位于磁驅(qū)動基座上方，剛體質(zhì)量塊的兩端分別連接一段柔性電熱彈簧；一對柔性電熱彈簧通過磁驅(qū)動電極與磁驅(qū)動基座相連。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器機(jī)構(gòu)，其特征是，所述一對柔性電熱彈簧是并聯(lián)分布，且具有反向的v型結(jié)構(gòu)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，其特征是，所述雙向運(yùn)動梁單元包括雙向運(yùn)動梁、鎖定滑塊、柔性緩沖彈簧、動觸點，其中雙向運(yùn)動梁與電熱電磁驅(qū)動單元中的柔性電熱彈簧相連，構(gòu)成自由運(yùn)動的可動梁；一對鎖定滑塊對稱分布于雙向運(yùn)動梁的左右兩邊，一對動觸點對稱分布于雙向運(yùn)動梁的左右兩端，并通過柔性緩沖彈簧與雙向運(yùn)動梁相連；蛇形結(jié)構(gòu)的柔性緩沖彈簧連接著動觸點。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器機(jī)構(gòu)，其特征是，所述鎖定滑塊是一個具有圓弧形結(jié)構(gòu)。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，其特征是，所述機(jī)械鎖定單元包括熱驅(qū)動基座、熱驅(qū)動電極、U型熱驅(qū)動熱臂、U型熱驅(qū)動冷臂、鎖定觸頭，其中熱驅(qū)動基座位于襯底上方，并與襯底緊密相連；熱驅(qū)動電極位于熱驅(qū)動基座上方，U型熱驅(qū)動器熱臂和U型熱驅(qū)動器冷臂分別與熱驅(qū)動電極相連，一段圓弧形片段連接U型熱驅(qū)動器熱臂和U型熱驅(qū)動器冷臂；鎖定觸頭位于U型熱驅(qū)動器熱臂的端部。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的鎖定觸頭具有圓弧形結(jié)構(gòu)。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，其特征是，所述電接觸單元包括靜觸點和外接回路，其中外接回路位于襯底上方，并與襯底緊密相連；一對靜觸點與雙向運(yùn)動梁上的動觸點相匹配，共同實現(xiàn)對外接回路的導(dǎo)通與斷開。全文摘要本發(fā)明涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
的基于電熱電磁驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微驅(qū)動器，包括永磁體、襯底、電熱電磁驅(qū)動單元、雙向運(yùn)動梁單元、機(jī)械鎖定單元和電接觸單元，其中永磁體位于襯底下方，并與襯底緊密相連；電熱電磁驅(qū)動單元、雙向運(yùn)動梁單元、機(jī)械鎖定單元和電接觸單元分別位于襯底上方，雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元相連，構(gòu)成一個懸空自由運(yùn)動的可動梁；一對機(jī)械鎖定單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元與電熱電磁驅(qū)動單元的左右兩邊；一對電接觸單元對稱分布于雙向運(yùn)動梁單元的左右兩端。本發(fā)明工藝簡單，不僅充分體現(xiàn)了MEMS技術(shù)與靈巧機(jī)械結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，而且合理利用了電熱電磁力的協(xié)調(diào)互助作用，實現(xiàn)了無功耗的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制。文檔編號B81B7/00GK101544347SQ20091004987公開日2009年9月30日申請日期2009年4月23日優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日發(fā)明者丁桂甫,吳義伯,張叢春,張小波,娟王,王亞攀申請人:上海交通大學(xué)