三明治电容式MEMS加速度计的器件级真空封装

为了降低微电子机械系统(MEMS)加速度器件的热机械噪声,提高信噪比,使之能应用于石油勘探和地震监测中,对一种三明治式电容加速度传感器的器件级真空封装工艺进行了研究。这种器件级真空封装方法采用可编程高真空封装设备和MEMS工业中常用的材料、工艺,可适用于不同尺寸或布局的MEMS芯片。利用该封装方法,对一种采用自停止腐蚀工艺在中间质量块键合层上制作出2个对称"V"型槽的三明治式电容加速度计进行了真空封装,并对封装后的器件进行性能测试。结果表明,该加速度计在有吸气剂的情况下,品质因子(Q)可达到76,理论热机械噪声为0.026μg/槡Hz,腔体内部压强小于13 Pa,He气细漏检测漏率低于3×10-10Pa.m3/s,氟油粗漏无气泡,满足地震监测要求。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

三明治结构微机械静电伺服加速度计稳定性研究

对影响微加速度计稳定性的主要因素(外置偏压和横向加速度干扰)进行了详细分析,给出了最小临界偏压和最大可承受横向加速度的计算公式,提出一种具有良好稳定性的四梁中心悬臂式结构。根据Matlab仿真结果,在大量程微加速度计典型结构参数下,惯性敏感单元可承受的最大横向加速度达2 000g以上,远远满足实际需求。

跷跷板式MEMS加速度计锚点与梁优化设计

作为敏感外界加速度的器件,微电子机械系统(MEMS)加速度计容易受到外界应力的影响。而跷跷板式加速度计采用直梁的结构形式,其温度性能、抗冲击和过载能力都较差,在梁及其连接处会因应力集中,造成加速度计结构发生形变甚至损伤。因此为了提高跷跷板式加速度计的可靠性和温度性能,对锚点和梁进行了优化设计。首先,介绍了跷跷板式MEMS加速度计的工作原理,建立了其动力学方程,利用有限元仿真分别建立了锚点与梁的模型,分析加速度计的梁以及梁的连接处这两个应力集中部位的应力。其次,设计了带应力释放结构的锚点和带应力缓冲结构的梁。仿真结果表明,加速度计的锚点设置应力释放结构后,锚点与梁的连接处由过载产生的最大应力减小了约51%,梁上以及梁和结构连接处的热应力分别减小了约37%和38%。经过优化设计后,梁对敏感方向的抗过载能力提升最明显,梁与结构连接处的最大应力由约1 915 MPa减小到了约1 547 MPa,减小了约19%。实验结果表明,经过锚点与梁的优化设计后,加速度计的梁以及梁的连接处所受应力大大减小,提高了加速度计的性能和可靠性。

MEMS谐振式加速度计技术发展的研究

目的深入了解谐振式加速度计研究过程中的关键技术问题,为后续的研究工作和实践应用提供指导。方法通过收集大量资料及数据分析,论述MEMS谐振式加速度计的国内外技术研究现状,归纳并探讨其在研究中所面临的关键技术问题。结果与结论针对MEMS谐振式加速度计的激励与检测电路、工艺误差和封装技术等关键技术,提出了集成化、石英微加工和新材料将是提高MEMS谐振式加速度计性能的必要途径。

硅-硅直接键合技术及其在三明治电容加速度计中的应用

硅硅直接键合技术在MEMS工艺中占有极其重要的地位，特别在高精度加速度计、陀螺等复杂三维结构的实现，以及晶圆级真空封装方面都有重要应用。通过大量工艺实验，获得的最佳的键合工艺流程，可使4英寸硅片键合面积达98％。将硅硅直接键合技术应用到三明治电容加速度计中，芯片样品经测试获得了可靠的功能信号，单从灵敏度来讲，其性能已达到同类产品的先进水平。

MEMS加速度计在膛压测试中的应用

针对火炮膛压测试的特点,采用MEMS加速度计MMA8453Q和MSP430单片机研制了一种新的膛压测试系统。实现了单个芯片的存储测试,具有倒置上电,红外收发等功能。利用ANSYS对电路模块的缓冲特性进行了仿真分析,并利用马谢特锤对测试系统进行了抗过载测试。结果表明:在受到4.5×104gn冲击后仍能正常工作,满足火炮等高冲击场合的测试要求。

推挽式MEMS谐振加速度计的实现与测试

针对推挽式微电子机械系统(MEMS)谐振加速度计的结构分析了其工作原理,进行了工艺上的加工,并对加工中可能出现的问题进行了优化。依据推挽式MEMS谐振加速度计的结构尺寸以及测量精度需求,设计了符合要求的测控电路系统,包括了基于自激振荡的闭环驱动电路和等精度测频的频率检测电路。最后完成样机整表测试,结果表明:推挽式MEMS谐振加速度计的两个谐振器谐振频率分别为21.443和21.455 kHz,品质因数分别为3 063和3 065。在±1g的范围内,标度因数和标度因数重复性分别为204.42 Hz/g和3.11×10^(-5),零加速度样机频差为-12.91 Hz/g,零偏和零偏稳定性为0.06g和0.008 01g。

基于MEMS加速度计阵列的测斜仪设计

针对岩土工程边坡失稳现象中岩土内部位移变化监测需求,设计制作了一种基于微机电系统(MEMS)加速度计阵列的测斜仪。该测斜仪系统由一个基于STM32控制模块和8个由三轴的加速度计单元模块构成。各单元模块空间位置改变,各加速度计的输出经模数转换后通过串口传输到PC端,利用卡尔曼滤波算法与基于欧拉角的姿态解析算法,实现测斜仪倾斜变化以二维图形方式显示。

MEMS加速度计的发展和应用的研究

MEMS加速度计作为MEMS应用领域中最早开始研究的传感器之一,是一种微型的机电设备,它可以感知物体在多个轴上的加速度分量。如今,基于微电子机械的加速度计已被广泛应用于太空测量、惯性导航、消费电子、汽车电子和地质勘探等各个领域,其重量往往只有几毫克重,足迹肉眼不可见。本文综述了MEMS加速度计的发展历史,重点介绍了早期油阻尼压阻式微加速度计和空气阻尼电容式微加速度计的结构和原理,并分析了近年MEMS加速度计的发展趋势与应用。

新型高g值压阻式加速度计设计

提出了一种新型压阻式加速度计结构,采用微杠杆放大质量块的等效惯性力,将微杠杆结构输出端作为压敏电阻梁,采用双边对称结构设置4根差分压敏电阻梁,构成惠斯登电桥进行测量,提升灵敏度。通过有限元ANSYS与COMSOL仿真软件对结构参数进行设计与优化。该加速度计量程为2000 g,具有高谐振频率294 kHz,采用微杠杆结构将应力放大2倍,交叉轴干扰较低,其应力分别为敏感轴的3.8%和4.6%,以及10倍于量程的抗过载能力。最后设计一套基于标准微机电系统(MEMS)的加工工艺流程,基于SOI技术,利用等离子体硅深加工工艺制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,提高加速度计可靠性。

梳齿式微机械加速度计的研制

微机械加速度计作为微机电系统(MEMS)的一个重要产品,目前已经得到了广泛应用。本文首先从整体上提出了微机械加速度计的工作原理和数学模型,并着重讨论了各个部分之间的关系;然后根据敏感元件的特性,对伺服回路的几个关键参数,即预载电压、PID校正参数和反馈增益,进行了分析;本文最后给出了一种加速度计整体性能的测试结果,结果表明:微机械加速度计的量程为±15gn,非线性度为0.041 9%,阈值为0.15 mgn,2 h稳定性误差为0.084 5 mgn,逐次启动重复性误差为0.156 mgn。

基于SOI的低横向灵敏度压阻式加速度计的设计

提出了一种非同一平面的双弯曲梁的压阻式加速度计,在加速度作用下该结构梁的质心与质量块的质心对齐,从而实现低横向效应。利用SOLIDWORKS软件建立了结构模型,并用Comsol仿真软件和有限元ANSYS仿真软件对其进行静态分析、模态分析和电学性能分析。分析了影响频率和灵敏度的相关参数,对加速度计的结构参数进行了优化。设计了一套版图以及工艺加工方案,采用微电子机械系统(MEMS)标准工艺完成了加速度计的制备。最后进行精密离心机测试,结果表明该结构的加速度计具有较低的横轴灵敏度,其中X轴的横向灵敏度为0.078%,Y轴的横向灵敏度为0.002%,比较高的主轴灵敏度,Z轴灵敏度为0.64 mV/g。

压阻式硅微加速度计的研制

介绍压阻式硅微加速度计的结构设计。采用等离子体刻蚀技术制作成硅微加速度计。该技术具有腐蚀深宽比高、掩模选择性好的特点,适用于微机械器件的制作。通过测试,加速度计的非线性达到0.2%。讨论了影响加速度计灵敏度的结构因素和工艺因素。

硅微谐振式加速度计器件级封装应力辨识

器件级封装应力是影响微电子机械系统(MEMS)器件性能的主要因素之一。基于硅微谐振式加速度计(SRA)的力频特性,结合SRA芯片表面翘曲变化的有限元分析,实现SRA器件级封装应力的辨识。分析封装应力的辨识机理和误差,建立SRA器件级封装应力仿真模型,通过谐振器频率变化与基于芯片翘曲变化的有限元仿真进行相互验证,完成两种封装应力表征的统一辨识。以此为基础,对不同封装参数的SRA进行应力辨识。采用谐振器频率变化表征封装应力的测试结果与仿真结果相吻合。结果表明随着金锡焊层直径的增大,封装应力随之增大,金锡焊层直径为1.5、3.0和4.0 mm对应封装应力分别为1.45、2.31和3.42 MPa。提出的SRA器件级封装应力的实时应力辨识方法可满足快速批量化应力辨识的要求。

一种高灵敏度低噪声硅微谐振式加速度计

MEMS加速度计经过近四十年的发展,是目前产业化最为成功、应用最为广泛的MEMS器件之一。以硅微机械谐振器作为敏感元件的谐振式MEMS加速度计因具有检测精度高、线性度好、量程大、抗环境噪声能力强等优点,成为新一代高性能MEMS加速度计的重要发展方向。针对微小型无人平台的长时惯性导航、姿态测量等需求,设计了一种具有增敏结构的硅微谐振式加速度计,通过改进微杠杆转轴与惯性质量块支撑梁的几何形状并利用有限元仿真方法进行参数优化,在不增加芯片面积的前提下有效提升了器件灵敏度。器件设计量程±50 g,采用集成圆片级真空封装的SOI-MEMS工艺制造并配套设计了基于0.35 mm工艺的接口ASIC电路用于实现加速度计的闭环工作。所研制的原理样机测试表明,加速度计敏感谐振器品质因数为29300,灵敏度630.81 Hz/g,噪声≤1.7μg/√Hz,零偏不稳定性(Allan方差)≤2.3μg。

推挽式线性驱动隧穿加速度计研究

介绍了隧穿加速度计的工作原理,设计了一种利用线性梳齿驱动、推挽式力平衡闭环控制的MEMS隧穿加速度计,采用体硅溶片工艺研制出了原理样机,由于结构和工艺简单,获得了较高的成品率,此技术还应用于隧穿陀螺仪和隧穿磁强计的研制.

高g值加速度传感器校准不确定度及误差分析

总结了霍普金森杆校准MEMS高量程加速度传感器过程中的不确定度、误差来源及影响。通过对实验设备中存在误差和不确定因素的各个方面进行分析研究,得到实验设备的不确定度为1.7%,并分析了两种标定方式结果。在此实验基础上对实验室自研的传感器进行了标定,得到了传感器的参考灵敏度。

高精度电子罗盘的误差修正技术研究

常规的数字罗盘受实际工作环境影响很大,输出精度较低,为了使其达到更高精度级别的精度和分辨率,本文全面分析了产生误差的原因,提出了相关的误差补偿算法、进行了仿真,并研制了相应的3轴数字罗盘硬件平台,结果表明可以很大程度上提高罗盘的输出精度和分辨率。

其他

Harting推出压入式AMC连接器，Laird公司推出系列热导材料，国家半导体D类音频放大器节省占板空间，楼氏电子推出数字式SiSonic贴片麦克风，ADI公司提供3轴MEMS加速度计。