多自由度電熱式微致動器.的研究

Abstract

在以往的文獻中，大部分的微致動器僅能在一個自由度內運動，本論文的研究目的在於設計及製造出兩種多自由度電熱式微致動器。一種是除了能於垂直方向運動外，更特別的是這種微致動器還能於立體空間中做水平方向的致動；第二種致動器則是一種可做為多階微傳送器單元的電熱式微致動器。 第一種電熱式微致動器，能於垂直方向運動，是因為這種微致動器具有一垂直可調單元(高度調整器)，由於上下層不同材料間的殘留應力差及受熱時的雙層板效應，使得垂直可調單元(高度調整器)可產生垂直方向的調整和運動，以此垂直可調單元(高度調整器)為基礎，再加上兩支不同截面積但相同長度的鄰接樑，兩支鄰接樑被加熱時由於不對稱的熱膨脹關係因此會產生側向位移，形成了側向運動單元，整合垂直可調單元(高度調整器)及側向運動單元完成了本論文的具兩度空間運動特性的電熱式微致動器。 第二種電熱式微致動器，則是在垂直可調單元(高度調整器)的末端，橫向方向加上了兩個雙層板結構，由於雙層板間的殘留應力差，當犧牲層被去掉後，這兩個雙層板結構就會自動彎曲向上，形成兩支傳送臂且避免了沾黏現象的發生，輔以垂直可調單元(高度調整器)與兩支傳送臂，各自獨立的電路設計，整體構成了一種可依被傳送物重量而改變傳送高度的多階微傳送器單元。 這□所提出的兩種微致動器都可以面加工的方式做批次化的製造，第一種電熱式微致動器是由MUMPs的製作方式所完成的，特別的是本論文發展了兩階段去除犧牲層的方法，使得在最後去除犧牲層時不致同時去掉犧牲層和連接側向運動單元的連接層；第二種電熱式微致動器則是利用兩種高分子聚合物的高熱膨脹係數差及絕緣的特性，來當作主結構材料並簡化了製程。 經由測試，第一種電熱式微致動器，在輸入電壓為 5 伏特的狀況下，可產生 10 □m 的側向位移，在相同大小輸入電壓下，垂直可調單元(高度調整器)可產生 12 □m 的垂直位移；第二種電熱式微致動器，垂直可調單元(高度調整器)，在輸入電壓為 1 伏特的狀況下，可產生 5 □m 的垂直位移，而傳送臂則可在輸入電壓為 2 伏特的狀況下，產生18 □m 的垂直位移；這兩種微致動器在不同的運動方向，由測試結果皆顯現了相當小的耦合效應；而有限元素分析軟體 ANSYS 5.7的分析結果亦和本論文所做的測試相當吻合。