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PILZ電磁繼電器微型化的研究
近年來,各種電子設備越來越多地使用集成電路。如果PILZ電磁繼電器與集成電路不能兼容,勢必會限制PILZ電磁繼電器的應用范圍及其進一步發展,反之,集成電路也會失去這種優良的輸出元件,對電子設備的發展不利。因此,弄清PILZ電磁繼電器與集成電路能否協同工作,以及需要具備什么樣的條件才能協同工作,都是很多電路設計師所關心的問題,也是制造PILZ電磁繼電器與集成電路的技術人員應該重視的問題。

PILZ電磁繼電器微型化的研究
PILZ微繼電器具有體積小、重量輕、成本低等優點。與靜電等其它驅動方式相比,電磁驅動的驅動力大、行程遠,可實現無接觸驅動,與微電子加工工藝兼容,具有巨大的研究價值與應用前景。通過模態與諧響應分析過程,建立了PILZ電磁繼電器整機有限元模型,分析、驗證了整機結構的傳振路徑。通過分析結構中關鍵位置的振動加速度響應曲線及觸頭接觸力的響應曲線,確定了安裝耳固定的*位置。同時,分析了整機重心位置對觸頭接觸性能的影響。所得結論對于PILZ電磁繼電器抗振性能的提高具有實用價值。設計了一種新結構的微PILZ電磁繼電器,它由電磁驅動芯片與可活動懸臂梁兩部分組成。我們制作的器件有如下特點:尺度小,集成度高,表面積僅1mm×1mm;使用雙層銅線圈與中央鐵芯磁化的方法來增強電磁作用力;采用聚酰亞胺作為絕緣層;采用線圈外部“回”型襯底和一端固定的活動懸臂梁新型結構。以某平衡力式繼電器為例,對其靜、動態特性進行了仿真分析,在此基礎上采用蒙特卡洛方法生成了繼電器虛擬樣本。通過對不同繼電器下位特性參數所對應虛擬樣本的統計特征分析,研究了下位特性參數波動對繼電器輸出特性的影響,進而確定影響繼電器批次產品*性的關鍵參數。研究結論可為該類型繼電器產品的*性設計提供參考,相關方法亦可推廣應用于其他繼電器或機電類產品的質量設計與工藝控制中。采用基本磁路原理初步分析了本文所設計的電磁驅動平面線圈微繼電器。考慮氣隙中漏磁通,感應磁動勢的分布效應,與軟磁材料相對磁導率的非線性這幾方面的影響,基于分段磁路的方法建立了器件的磁路模型。用Matlab編程,計算比較了鐵芯高度、活動懸臂梁厚度與工作氣隙寬度等結構參數對器件性能的影響,懸臂梁厚度是影響器件性能的關鍵因素。得到優化的結構參數,為器件的工藝制作提供理論參考。通過多次光刻、電鍍的微電鑄工藝同聚酰亞胺絕緣層工藝制作底層驅動芯片,用反面套刻來提高對準精度。

PILZ電磁繼電器微型化的研究
在活動懸臂梁的制作上,實驗比較了“釋放梁”與“倒裝法”兩種制作方案,選用“倒裝法”的硅體濕法刻蝕與金屬電鍍制作了活動懸臂梁。詳細介紹了光刻、電鍍、刻蝕、聚酰亞胺甩、磨等微加工工藝,伴隨器件微型化可能帶來的問題及相應的解決方案。驗證了器件微型化設計與加工制作的可行性。