一种弯扭结合的MEMS微梁结构

本发明属于mems，涉及一种弯扭结合的mems微梁结构。

背景技术：

1、微梁是mems器件中最常使用的连接装置之一，其结构形式及特征尺寸决定了工作过程的力学参数，如应力分布、刚度、弯曲、扭转应变等。这些力学参数直接影响微梁的疲劳寿命、静态特性和动态特性，其中应力集中严重的结构寿命较低，在工作过程中易发生断裂。根据运动时微梁的形变方式，可分为弯曲梁、扭转梁、弯扭结合梁三种。

2、弯曲梁是通过力作用在梁上产生弯曲形变来工作的微梁结构。mems开关梁和数字微镜的铰链均涉及弯曲梁结构。弯曲梁形变区域一般集中在梁的局部，这导致弯曲梁容易产生应力集中。为了降低应力集中，通常采用增加弯曲梁体积和增加弯曲梁数量的方法。采用环形或蝴蝶型结构，能够增加弯曲梁的体积，从而减小应力集中，提高疲劳寿命。这种结构的改进虽然减小应力集中，但是会降低整体梁的固有频率，更易产生屈曲形变。另一种数字微镜的铰链部分采用三个弯曲梁，增加了弯曲梁数量，从而减小应力集中，提高疲劳寿命。这种结构的改进虽然减小应力集中，但是会提高整体梁的固有频率，增加响应时间。

3、扭转梁是通过力矩作用在梁上产生扭转形变来工作的微梁结构。mems扫描镜和数字微镜的铰链均涉及扭转梁结构。扭转梁的形变区域分布在整个梁上，在扭转梁的固定连接处存在局部应力集中。为了降低应力集中，通常采用增加扭转梁数量的方法。一种mems扫描镜的连接结构和一种数字微镜的铰链部分均采用两根扭转梁串联的结构，其中一根梁连接可动镜面，另一根梁连接固定元件。这两种结构的镜面转角位移产生的扭转形变分布到两根扭转梁中，减小了扭转梁与固定元件连接处的应力集中。此方法等效于增加扭转梁的体积，从而减小应力集中，提高疲劳寿命，但是用此方法减小应力集中会降低整体梁的固有频率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中连接微梁在工作中由于应力集中，梁的疲劳寿命低，容易出现断裂的问题，提供一种弯扭结合的mems微梁结构。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种弯扭结合的mems微梁结构，包括受力平台、主梁、辅助梁和支撑柱；

4、所述主梁连接受力平台，所述主梁远离受力平台的端部连接辅助梁，所述辅助梁分布在主梁的两侧，所述辅助梁的下端连接支撑柱；

5、所述辅助梁与主梁的连接处形成过渡角。

6、本发明的进一步改进在于：

7、所述主梁从两端到中部的宽度不相等。

8、所述主梁的宽度从两端到中部逐渐变小。

9、所述主梁的一端设置有过渡部，所述过渡部能够使主梁与辅助梁的连接处形成过渡角。

10、所述过渡部包括主梁连接段，所述主梁连接段的两侧对称分布圆弧段，圆弧段用于连接辅助梁，所述圆弧段两侧的端面结构为弧形。

11、所述两侧圆弧段的连接处形成m型结构。

12、所述受力平台固定在主梁的一端，辅助梁设置在主梁的另一端。

13、所述主梁对称设置在受力平台的两侧。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明公开了一种弯扭结合的mems微梁结构，包括在主梁的两侧分布辅助梁，辅助梁与主梁的连接处形成过渡角，使辅助梁与主梁之间形成弯曲的弧角。当微梁结构受力发生形变时，主梁的形变方式为扭转，辅助梁的形变方式为弯曲。通过主梁和辅助梁的配合，将弯曲和扭转运动分解在微梁结构的不同部分，能够在减少应力集中的同时提高结构的最大形变量。这种弯扭结合梁既增加了微梁形变产生的位移，又减少了应力集中。且只在辅助梁的下端设置有支撑柱，减少了辅助梁与主梁弯曲连接处的应力集中，降低了微梁与固定元件连接处的应力集中现象，延长了微梁的疲劳寿命。本发明公开的结构，可以在主梁产生扭转形变时，减小微梁结构的应力集中，降低出现断裂的风险，同时降低了mems系统的响应时间。

16、进一步的，本发明中，主梁的宽度从两端到中部逐渐变小，能够将应力分布在主梁内部，减小应力集中，还能够减小微梁结构的刚度，降低了mems系统的响应时间。

技术特征：

1.一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，包括受力平台(1)、主梁(2)、辅助梁(3)和支撑柱(6)；

2.根据权利要求1所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述主梁(2)从两端到中部的宽度不相等。

3.根据权利要求2所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述主梁(2)的宽度从两端到中部逐渐变小。

4.根据权利要求1所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述主梁(2)的一端设置有过渡部(22)，所述过渡部(22)能够使主梁(2)与辅助梁(3)的连接处形成过渡角。

5.根据权利要求4所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述过渡部(22)包括主梁连接段(221)，所述主梁连接段(221)的两侧对称分布圆弧段(222)，圆弧段(222)用于连接辅助梁(3)，所述圆弧段(222)两侧的端面结构为弧形。

6.根据权利要求5所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述两侧圆弧段(222)的连接处形成m型结构。

7.根据权利要求1所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述受力平台(1)固定在主梁(2)的一端，辅助梁(3)设置在主梁(2)的另一端。

8.根据权利要求1所述的一种弯扭结合的mems微梁结构，其特征在于，所述主梁(2)对称设置在受力平台(1)的两侧。

技术总结本发明公开了一种弯扭结合的MEMS微梁结构，包括主梁，主梁上设置受力平台，主梁远离受力平台的端部连接辅助梁，辅助梁分布在主梁的两侧，辅助梁的下端连接支撑柱；主梁从两端到中部的宽度不相等。辅助梁与主梁的连接处形成过渡角，使辅助梁与主梁之间形成弯曲的弧角，且只在辅助梁的下端设置有支撑柱。主梁从辅助梁到受力平台之间的宽度不相等。本发明提出的MEMS微梁结构减少了辅助梁与主梁弯曲连接处的应力集中，降低了后期出现断裂的风险，延长了微梁的疲劳寿命；同时减小微梁结构的刚度和MEMS系统的响应时间。技术研发人员：黎永前,丁嘉谦,张超凡,乔大勇受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/2/6