单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

基于几何反弹簧结构的高分辨率MEMS加速度计北大核心CSCD

为了提高MEMS加速度计分辨率和灵敏度,提出并设计了一种基于几何反弹簧原理的新型MEMS加速度计结构。拟采用静电力将加速度计静态工作点设置在梁低刚度位置来提高灵敏度。首先通过理论计算和有限元仿真,分析了几何反弹簧结构实现准零刚度的原理,并优化了关键几何参数;其次基于免划片SOI工艺完成了MEMS芯片制作;最后搭建了开环测试电路进行测试验证。测试结果表明:施加25 V偏置电压后,加速度计灵敏度从46.3 mV/g提高至51.1 mV/g,线性度为0.99%。验证了静电偏置几何反弹簧结构通过降低刚度系数来提高加速度计的灵敏度的可行性。     

电磁驱动电容检测微机械陀螺的设计

介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理。该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量 ,故驱动和检测间的耦合大大地减小。本文从理论上分析了折叠梁结构参数对振动模态频率的影响 ,并针对初步确定的结构尺寸 ,利用COVENTERWARE软件进行了静力学和动力学分析 ,对理论计算结果进行了验证     

电磁驱动电容检测微机械陀螺的设计

介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理。该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量，故驱动和检测间的耦合大大地减小。本文从理论上分析了折叠梁结构参数对振动模态频率的影响，并针对初步确定的结构尺寸，利用COVENTE RWARE软件进行了静力学和动力学分析，对理论计算结果进行了验证。     

形成硅多层微机械结构的“掩模-无掩模”腐蚀新技术

本文介绍了一种制作硅多层微结构的体微机械加工新技术．基于KOH溶液的无掩模腐蚀特性，仅用一层掩模进行一次从有掩模到无掩模的连续腐蚀工序，可在（100）硅片上制作各种以（311）晶面为侧面且进棱沿（110）晶向的多层次立体结构，原则上层面数不受限制，各个层面的位置和深度都可由一块掩模的设计和相应的腐蚀深度确定，该技术突破了传统各向异性腐蚀的局限性，使体微机械技术的加工能力大为扩展，可望在微电子机械系统的结构制作中广泛应用．     

KOH溶液无掩膜腐蚀加工硅对称梁技术研究

本文介绍了利用ＫＯＨ腐蚀液对硅台阶、台面等三维结构进行无掩膜腐蚀的新技术．应用该技术可以制作出仅用常规各向异性腐蚀所无法形成的微机械结构，从而使腐蚀工艺的灵活性大为增加．通过分析与计算，给出了无掩膜腐蚀过程中三维结构的变化规律，并通过大量实验证实了这些规律．利用该工艺已成功地制作了一种微机械硅电容加速度传感器用的对称梁－质量块结构．这种结构的特点是梁的中平面与质量块质心位于同一水平面上，从而能消除相关的横向寄生灵敏度效应．     

MEMS传感器性能提高相关技术研究

在分析MEMS（微电子机械系统）传感器当前的发展现状、特点特别是在器件实用化和产品化进程中所面临的挑战后，提出了MEMS传感器技术实用化的关键－提高器件性能满足应用要求。根据研究经历举例说明改进传感器材料、结构、制作工艺和器件工作原理等具体措施对提高器件性能的作用。     

基于聚酰亚胺柔性衬底微温度传感器阵列的关键技术研究

基于柔性MEMS技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功制作出8×8阵列的铂薄膜电阻微温度传感器.该器件特别适用于复杂几何体高曲率表面温度的实时监控.采用了两种方法制作柔性器件第一种方法是将液态聚酰亚胺旋涂在有氧化物牺牲层的载体硅片上;第二种方法是用胶粘剂将P16051膜暂时粘在载体硅片上,然后分别在两种柔性PI衬底上制作铂薄膜热敏电阻温度传感器,最后将器件从硅片载体上分离下来.采用低温(小于300℃)工艺技术减小了PI柔性衬底的热循环.实验测试结果表明,PI衬底上的铂薄膜热敏电阻具备良好的线性度,其电阻温度系数接近于0.0023/℃.     

对称岛膜结构线性硅电容压力传感器设计

本文介绍了一种新型的方岛膜压力敏感电容结构,结合适当的接口技术可实现良好的线性化输出。     

曲面过载保护的新型高g值冲击硅微机械加速度传感器的设计

给出一种测量高g值冲击加速度的硅微机械加速度传感器的结构和动力学模型，此传感器为整体式悬臂梁结构，采用硅微机械加工技术制作，便于封装和大批量低成本制造，其敏感方向在硅片平面内，两个压敏电阻分布在悬臂梁的顶端，两个完全相同的悬壁梁沿相反方向分布，四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接，悬臂梁的过载保护采用上下两个曲面，一方面有效地提高悬壁梁的过载保护能力，另一方面调节加速度传感器的压膜阻尼，使之接近临界阻尼，有效抑制自由振动模态，提高测量精度。