一种圆片级硅三层键合的三明治加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅三层键合电容式加速度传感器.采用硅各向异性腐蚀和深反应离子刻蚀技术实现中间梁一质量块结构的制作,通过玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8 mm×5.6 mm×l.26 ITUTI,其中敏感质量块尺寸为3.2 mm×3.2 mm×0.42 mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器灵敏度约4.15 pF/g,品质因子为56,谐振频率为774 Hz.     

MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究

封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一,本文设计了一种MEMS高g加速度传感器,并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺,建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型,利用AN-SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示,在封装中,与直接贴片到管壳底部相比,MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时,封装热应力可从135MPa降低到33MPa;在贴片工艺中,基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素;在健合工艺中,基板和键合温度主要影响到热应力的大小。     

基于钎焊的MEMS陀螺真空封装设计与实验研究

对于线振动硅微机电系统(MEMS)陀螺,真空封装是减小其振动阻尼、提高振动品质因数,进而提高性能的一种有效的措施。设计了一种基于钎焊的硅MEMS陀螺真空封装方案,该方案因不采用吸气剂,故可实现真空度可控。理论计算表明:该封装形式可以保持1 Pa以下的真空度;经过对真空封装后的陀螺实验测试结果表明:设计的陀螺驱动轴品质因数为1500,实际封装后的陀螺驱动轴品质因数为1700,满足真空度设计目标。经过对封装后的陀螺品质因数进行186 d的跟踪测试,品质因数基本保持不变,验证了该真空封装方案的可靠性。     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

倾斜梳齿的MEMS电容式加速度传感器自我标定特性研究

本论文研究MEMS电容式加速度传感器的自我标定方法,模拟机械振动台标定,提高标定效率和降低标定成本,并从理论上分析了DRIE工艺误差对传感器自我标定精度的影响。本文分析的传感器模型梳齿间距为4um,厚度80um,传感器自我标定以模拟幅值为1g的振动台标定为例,针对DRIE工艺加工的高深宽比梳齿电容存在正负侧壁倾斜角α的情况,分析了该倾斜角对梳齿式传感器自我标定的影响。分析结果表明：传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜对传感器自我标定影响明显,且随着倾斜角度的增大而增大。与梳齿完全平行时传感器的自我标定相比,倾斜角为±0.1°时,自我标定误差约为10%;倾斜角为0.5°时,自我标定误差约为27%;倾斜角为-0.5°时,极板发生吸合。表明传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜角对传感器的自我标定影响明显,而传感器工作在闭环电路时,梳齿的倾斜对自我标定的影响明显降低,当倾斜角小于±0.5°时,自我标定的误差小于0.6%,理论误差接近于激光干涉仪绝对标定法的误差(0.5%－1%),证明了自我标定方法的可行性。本文还分析了倾斜角影响自我标定精度的原因以及提出了开环自我标定时减小倾斜角误差的方法,并阐述了具体的修正步骤。     

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器.该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度.仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41 μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量.     

基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计

无人机、车载导航等方面需要用到地磁定向,而电子罗盘在应用中起到关键作用。针对车载导航的姿态控制和导航精度,本文以PNI公司磁感传感器为基础,结合MEMS加速度传感器、温度传感器及处理器MSP430F1611等器件构建一个具有倾角补偿的电子罗盘。实验结果表明,该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低和精度高等特点。通过实验验证了该方案的可行性与有效性。     

基于MEMS加速度传感器的步数检测算法研究综述

随着智能移动终端、智能穿戴设备以及基于惯性传感器的行人定位导航系统的快速发展,针对这些设备和系统中的计步需求,大量有关基于MEMS加速度传感器的步数检测算法的研究工作已经开展并取得了优秀的成果。针对该领域中现有的技术方法,首先阐述了该领域的发展情况,指出目前该领域的主要研究要点、方法种类以及应用情况。接着,综述了目前该领域的研究现状,从数据预处理方法和步数验证方法这两方面对多种步数检测算法进行了阐述以及优缺点的分析。然后,对该领域的研究要点进行了深入的探讨,分析总结步数检测算法中与研究要点相关的技术方法。最后,讨论并展望了该领域未来的发展方向,以期为后续的研究提供参考。     

MEMS器件低成本圆片级低温键合技术的研究进展

MEMS／NEMS较为成熟的封装工艺一键合工艺,多数是在高温条件下进行,但是高温会对MEMS传感器产生不良影响,造成器件不稳定甚至失效。因此,急需开发适用于MEMS传感器的低温键合工艺。尤其是近几年,随着生化传感器和射频器件的快速发展,对低温键合封装的需求日益增强。     

一种新型MEMS微波功率传感器的设计与模拟

提出了一种新型的三明治结构MEMS微波功率传感器结构,与传统传感器相比,新结构由于采用了垂直传热方式而具有较小的热损耗。在输入相同功率的情况下,模拟了热电堆的温度分布,三明治结构热电堆的温度高于传统结构,因此具有更高的灵敏度。同时模拟了两种结构的阻抗匹配特性,其差异不大,在1~6GHz的频率范围内,三明治结构的回波损耗小于-30dB;在6~20GHz的频率范围内,其回波损耗小于-20dB,显示了良好的匹配特性。     

Getter free vacuum packaging for MEMS

Quite a few MEMS devices such as accelerators, gyroscopes, infrared sensors need to work in vacuum environment to enhance their performance. The traditional vacuum packaging methods use getters to increase vacuum maintaining lifetime. However, the getter's characteristics of high temperature activation, powder pollution, large package size limit its use in MEMS vacuum packaging. This study analyzes the factors that influence the vacuum level, and derived a relationship between the balanced vacuum level, the effective leak rate, and vacuum maintaining lifetime. A novel vacuum package design with vacuum buffer cavity was proposed, the vacuum maintaining lifetime could be increased at least 20 times as compared to the ordinary package with the same volume. Reliability experiments were conducted so as to verify that the new package design can achieve reliable vacuum packaging without getters to meet the requirements of device applications for vacuum with about 0.1 Pa in pressure level. This unique package design also provided a complementary way to work with getters to enhance the vacuum package performance and reliability of hermeticity.     

一种MEMS高g_n值加速度传感器的结构设计与仿真

高gn值加速度传感器在侵彻武器等领域受到广泛应用,对量程、灵敏度、固有频率等指标也提出了更高的要求。设计了一种MEMS高gn值加速度传感器,在传统梁—岛结构加速度传感器的基础上进行了改进,采用主微梁互补结构在提高固有频率、量程的同时,提高了灵敏度。在梁的末端提出了新式的延伸梁结构设计,大大减小了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。利用ANSYS有限元分析软件,对该加速度传感器进行了静态、模态和瞬态分析。经仿真验证,该MEMS高gn值加速度传感器的各项指标均满足要求,具有明显的优越性。     

基于MEMS加速度传感器的数字倾角仪设计

利用MEMS加速度传感器设计了倾角测试仪,并利用单片机进行了数据线性化、传感器温度和上电稳定特性等补偿,倾斜角可以通过LCD或上位机显示.实验表明:本系统倾角测量精度可达±0.2°,具有很好的工作稳定性和较高的性价比,使用上也更加灵活.     

AlN陶瓷微热板MEMS传感器阵列设计与工艺实现

针对陶瓷基微热板MEMS器件难以微加工,器件表面加热Pt膜使用普通正性光刻胶难以实现光刻剥离的工艺难点问题,提出了激光微加工和柔性机械剥离相结合的微加工方法。以AlN陶瓷为衬底基片,采用激光微加工技术实现热隔离刻蚀体加工,刻蚀梁宽可达0.2 mm。采用柔性机械剥离工艺制备方法解决普通正性光刻胶形成倒梯形凹槽Pt膜难实现图形化问题,可在复杂表面特性的陶瓷基衬底上实现Pt膜剥离线宽10μm。同时利用有限元法进行传感器阵列设计和热结构仿真,验证设计工艺的可行性。     

基于PZT的500 MHz超声传感器设计和MEMS制作

利用KLM等效电路模型设计了一种中心频率为478 MHz的超声传感器.采用溶胶-凝胶法在硅衬底上制备了厚度为4μm的锆钛酸铅(PZT)厚膜压电材料,对压电材料的晶体结构、表面剖面形貌、压电性进行了测试,材料均匀致密,具有较好的压电性.研究了超声传感器的制作工艺,制作出实际工作频率为459 MHz的高频超声传感器,搭建测试平台测试其电阻抗,实验值与理论值相匹配,电阻抗误差为1.8％,中心频率误差为3.9％.     

基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的设计

给出了一种基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器的结构及工艺。为了准确地把握这种微电容式加速度传感器的力学和电学特性,仔细地建立了它的力学模型。在此基础上,详细分析了它的动态特性———模态。并用有限元的方法分析和计算了微电容式加速度传感器的加速度与电容信号的非线性输入输出关系,并结合实测参数验证了模型的有效性。最后提出了一种详细的有效的基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的结构以及加工工艺流程。基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器具有结构简单、工作可靠和工作范围大的特点。根据这套方法,可以比较方便地设计并加工不同测量要求的加速度计。     

Reliability of MEMS packaging: vacuum maintenance and packaging induced stress

In this study, the dominant reliability issues of MEMS packaging that include vacuum maintenance and packaging induced stress, are discussed, and design considerations to improve the reliability are presented. The MEMS vibratory gyroscope sensor is fabricated with anodically bonded wafer level vacuum packaging followed by die-bonding and wire-bonding processes. The epoxy-molding compound (EMC) is applied to encapsulate the gyroscope sensor. Several methods to improve reliability of the vacuum packaging are suggested based on extensive work. The two major failure mechanisms of anodic vacuum packaging, namely leakage and outgassing are investigated. Leakage is effectively reduced by optimization of the bonding process. Outgassing inside the cavity can be minimized by application of Ti coating. Packaging induced stress is mainly caused by thermal expansion mismatch among the materials used to fabricate the package. During anodic bonding, thermo-mechanical stress is generated to the bonded wafer, which increases with temperature. The EMC encapsulation also produces package-induced stress. In order to increase robustness of the structure against deformation, a crab-leg type spring is replaced with a semi-folded spring. The results show that the frequency shift is greatly reduced after applying the semi-folded spring.     

四电极电化学MEMS加速度传感器仿真

基于溶液相对于电极的运动会使电极附近因电势差作用而产生的离子浓度梯度发生改变,从而使电极电流发生变化等电化学原理,建立一种置于碘(I2)和碘化钾(KI)混合水溶液环境中的阳极—阴极—阴极—阳极(ACCA)四电极阵列传感单元模型。通过理论分析,该传感单元可以局部电解液为惯性质量,利用电解液中带电离子相对于电极的运动来产生并输出附加电流;进一步的建模仿真证明:在一定的加速度范围内(0a x0.149 m/s2),附加电流的大小同加速度呈正比关系,故可以将此电流放大输出,从而实现对加速度大小的表征。可利用MEMS工艺制作,并封装此传感单元成为加速度传感器。     

MEMS器件真空封装模型模拟

结合典型的MEMS器件真空封装工艺,应用真空物理的相关理论,建立了MEMS器件真空封装的数学物理模型,确定了其数值模拟算法。据此,对一封装示例进行了计算,获得了真空回流炉内干燥箱及密封腔体真空度的变化情况,实现了MEMS器件真空封装工艺过程的参数化建模与模拟。     

基于MEMS工艺的压阻式湿度传感器的设计制作

提出用硅-硅直接键合的SOI片制作压阻式湿度传感器.它是利用涂覆在硅膜上聚酰亚胺膜吸湿发生膨胀,导致双膜结构发生弯曲产生应力的原理进行工作的.为了确定传感器结构、优化尺寸,采用ANSYS软件进行了模拟计算、设计了MEMS湿度传感器的制造工艺,对制作的微湿度传感器进行了测试,其灵敏度为0.21 mV%RH,最大湿滞为8%RH.