热致封装效应对MEMS固支梁谐振频率的影响

MEMS器件的封装效应显著而复杂,其中由贴片封装引起的结构热失配是封装效应的主要成因.论文在前期封装-器件耦合行为模型的基础上,利用激光多普勒测振仪实验验证了贴片工艺的热致封装效应对固支梁器件性能的影响.结果表明,贴片前后固支梁的谐振频率发生显著变化,并沿芯片表面表现出明显的分布特征.考虑封装效应的理论模型可以较好地预测该结果,为MEMS系统的器件-封装协同设计提供理论指导.     

热致封装效应对MEMS器件谐振特性影响的单元库模型

 大量试验和数值仿真结果均已确认封装-器件的热失配对MEMS器件性能及可靠性有显著影响,即热致封装效应.然而迄今为止仍缺乏有效的物理模型对此加以系统描述.本文基于单元库法思想和节点法分析手段构建了MEMS热致封装效应的理论模型.通过对非器件结构如锚区、衬底等标准化单元建模,扩充了节点分析法在封装级MEMS仿真领域的应用.文中以常见MEMS基本器件和封装结构为例进行了研究,计算了热致封装效应对器件谐振特性的影响,并利用有限元仿真进行验证.最后讨论了封装级MEMS设计面临的挑战.     

多谐振频率固支梁压电能量收集器的设计

为了提高压电振动能量收集器的转换效率,设计了两种固支梁组合方案来实现多谐振频率压电能量收集器。建立固支梁结构的力学模型,得到影响固支梁谐振频率的因素。通过Comsol多物理场软件,仿真验证了两种方案的输出稳态电压频率响应。方案1实现的频带范围为9 Hz,方案2实现的频带范围可达41 Hz。总结了两种方案的优缺点,研究结果对多谐振频率固支梁压电能量收集器的设计及应用具有一定的参考价值。     

静电驱动蝴蝶结状双端固支梁的节点分析法

为了在节点化设计方法中对静电驱动的蝴蝶结状双端同支梁进行分析,采用伽辽金残余法建立了静电驱动梯形梁单元的节点化模型,在HSpice中构建了相应的等效电路模型.与有限元仿真结果及文献中给出的实验结果进行了比较,结果表明模型具有较高的精度,可在相关设计中作为参考.     

静电驱动蝴蝶结状双端固支梁的节点分析法

为了在节点化设计方法中对静电驱动的蝴蝶结状双端固支梁进行分析,采用伽辽金残余法建立了静电驱动梯形梁单元的节点化模型,在HSpice中构建了相应的等效电路模型. 与有限元仿真结果及文献中给出的实验结果进行了比较,结果表明模型具有较高的精度,可在相关设计中作为参考.     

MEMS开关封装结构热形变对芯片性能的影响

模拟了处在一定功率密度或不同温度下封装结构贴片的形变引起的X波段MEMS开关芯片的形变,从而导致的开关芯片性能的变化。用Coventor软件模拟出在开关衬底为200μm,贴片处功率密度为300pW/μm2时,开关芯片的形变量为0.142μm;开关衬底为300μm,温度为373K时,开关芯片的形变量为0.791μm。进一步用HFSS模拟出开关的插入损耗在中心频率10GHz处由封装前的0.042dB和0.022dB变化为封装后的0.078dB和0.024dB。     

EMC材料特性对MEMS加速度计封装可靠性的影响

采用有限元法分析了EMC(环氧模塑封材料)材料特性对MEMS(微电子机械系统)加速度计封装可靠性的影响.使用有限元软件ANSYS分别模拟了加速度计的输出电压、悬臂梁的挠度以及加速度计芯片的等效应力在温度循环载荷下的变化情况.结果发现,EMC的材料模式不同,MEMS加速度计的性能有明显差异.在使用EMC温度相关弹性模式和...     

DRIE工艺误差对MEMS梳齿谐振器频率的影响

针对深反应离子刻蚀(DRIE)工艺加工高深宽比梳齿电容存在侧壁倾斜角的情况,分析了该倾斜角对梳齿谐振器频率的影响。为了使设计的梳齿谐振器频率符合应用要求,推导出了梳齿谐振器在正负侧壁倾斜角θ下的谐振频率计算公式。利用ANSYS Workbench11.0平台,分别对侧壁倾斜角为0°,0.2°,0.35°和0.5°的情形进行了有限元建模与模态仿真。仿真结果表明:随着正倾斜角的增大,谐振频率减小;负倾斜角增大时,谐振频率增大,且一阶模态振形的平稳程度越差。比较数值仿真结果与考虑了正负倾斜角误差的梳齿谐振器谐振频率计算公式计算结果对比,吻合较好。     

MEMS：芯片外的封装级设计考虑

封装形式的选择对当今基于MEMS的产品是非常关键的，这是因为它们几乎占了总体物料和装配成本的20％～40％     

吸附效应对硅纳米梁谐振频率的影响研究

理论分析了吸附效应对双端固支纳米谐振梁特性的影响。吸附效应主要考虑质量变化带来的影响。推导了吸附效应影响下的频率偏移，并与空气阻尼对谐振频率的影响进行了比较。结果显示吸附效应引起的频率偏移在1‰左右。与空气阻尼效应相比，吸附效应对频率的影响更大。文章还分析了频率偏移与压强，温度和梁尺寸的关系。     

双端固支微机电变截面梁二维效应的研究

双端固支微机电变截面梁因为抗弹性扭曲作用,不能再简化为一维双端固支梁进行建模与分析,必须考虑梁结构在运动时因二维形变效应[1]对可变电容、光开关、RF MEMS开关等器件性能的影响.计算了由于二维形变效应所产生的误差,对主要参数变化所产生的影响进行了分析,又在分析的基础上进行了总结,分析与结论 为设计者选取结构尺寸提供了参考.     

硅微传感器的热挠曲及谐振频率的计算

分析了硅微机械谐振式传感器在热激励下的挠曲及谐振频率变化 ,建立了相应的数学模型 ,并对热挠曲灵敏度进行了优化设计。同时通过算例和测试数据的对比 ,验证了谐振频率计算模型的正确性。     

横电磁波传输室谐振频率的有限元分析

采用三维有限元法分析了TEM传输室的高次模截止频率和谐振频率.在有限元分析软件ANSYS下进行了建模求解,提供了一种快速、准确求解TEM传输室谐振频率的有效方法.通过实验分析,证实了对场分布影响较大的第一阶谐振频率是TE101模,TE101模的谐振频率是TEM传输室的上限使用频率.     

一种基于缝隙天线阻抗的带缝腔体谐振频率计算方法

电磁波经缝隙进入机箱腔体后,会在某些频率点形成驻波而发生电磁谐振,导致腔体屏蔽效能急剧下降.为快速准确预测谐振频率以指导屏蔽腔体设计,本文基于缝隙天线阻抗理论提出一种带缝腔体谐振频率的计算方法.将电磁场用自由空间和腔体格林函数表示,根据缝隙处的边界条件建立等效磁流源的积分方程.通过矩量法求解积分方程,计算出腔体输入阻抗.根据谐振发生时电抗为零或电阻最小,可从频率-阻抗曲线获得谐振频率.本文方法不仅能预测缝隙谐振和低阶模式腔体谐振,还能预测出高阶谐振.与实验和CST仿真结果对比验证了本文方法的准确性及快速性.最后用本文方法分析了腔体和缝隙尺寸以及缝隙位置对谐振频率的影响.     

基于MEMS技术的微桥制备与共振频率测量

基于扫描探针显微镜(SPM)微机械性能测试的需求,设计了一种可用电容力驱动微桥面振动的新型微桥.通过实验选材和单晶Si的刻蚀研究,提出了一种新的正面刻蚀成桥方法,获得了一种基于湿法刻蚀的低成本、易加工的实用微桥加工技术.利用SEM和AFM观察了微桥,证实微桥已制备成功且微桥桥面形貌比较平整.最后用改进的扫描隧道显微镜(STM)测量了微桥振动的频率响应,测得的共振频率与理论估算值基本一致.     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度，设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构；用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系，并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明，所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g；由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

一种硅梁谐振加速度计结构设计与模拟分析

为了提高谐振加速度计的灵敏度以及稳定性,提出一种基于微杠杆力学放大机构的硅梁谐振式加速度计结构,并对其进行了有限元模拟分析。该加速度计由两个静电激励电容检测的硅谐振梁组成差分输出,采用硅深刻蚀以及硅玻璃阳极键合等体硅工艺制作。模拟结果表明新结构提高了加速度计灵敏度,有效改善了交叉灵敏度、线性度、温度稳定性等。