一种压阻式高g值加速度传感器

讨论了硅的压阻效应 ,利用简化的力学模型设计了高 g值压阻加速度传感器的结构参数、工艺流程和版图 ,并制备出样品 ,测试结果表明本传感器加速度可大于 80 0 0 g。     

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%.     

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。     

引信用高g加速度计研究

高g加速度计具有高过载、高响应速度、高环境压力以及体积小和价格低等特点。我们开发的新型电容式加速度计,具有10万g的量程,能够实现高g环境下的加速度测量,满足了用户的要求。基于有限元模拟和经验数值结合的办法,在大量程和灵敏度之间综合考虑,确定了高g的设计思路,并采用硅溶片工艺制备了满足设计要求的MEMS加速度计。     

一种新型压阻式微加速度计的研究与设计

对于广泛采用的压阻式微加速度计,在传统工艺下,提高量程和固有频率意味着增加梁厚,减小应力,而提高灵敏度又要求减小梁厚,这是相互矛盾的。设计了一种4边4梁结构的高过载压阻式微加速度计,在传统梁-岛结构微加速度计的基础上进行了改进,采用主梁和微梁相结合的设计思想,在提高固有频率、量程的同时提高了灵敏度。在梁的末端采用了新式的延伸梁结构设计,有效地消除了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。对其进行了阻尼分析和压阻元件的设计,并给出了可行的版图设计方案。仿真结果表明,该微加速度计的各项指标均满足设计要求,具有明显的优越性。     

微加速度计在冲击环境下的力学分析与仿真

微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息。该文主要对一种硅基压阻式高加速度g(g=9.8m/s2)值微加速度计在冲击加速度环境下进行有限元仿真分析。分析结果表明,所设计的压阻式高g值微加速度传感器在15×104 g量程内可正常并有效工作,且可承受40×104 g高速冲击,当加速度超过40.8×104 g时,加速度计发生失效变形。分析了加速度计在冲击环境下的主要失效模式及失效机理,得出了压阻式加速度计在冲击环境下的失效主要从梁与边框和质量块连接处开始,随着冲击时间(即冲击强度)的增加,结构应力逐渐达到屈服极限,材料发生屈服效应,然后发生断裂。     

基于Hopkinson杆的高g值加速度计的标定

介绍了基于Hopkinson杆技术的激光光栅干涉法冲击加速度计的绝对校准方法。采用激光干涉仪对激励信号进行测量,实现对高g值加速度计的标定。给出了高g值加速度传感器的灵敏度标定公式,并通过比较说明了两种公式的优缺点。实验结果表明,本文中的标定方法可满足标定的精度要求。     

压阻加速度计的Au-Si共晶键合

通过将压阻加速度计上帽与结构片的键合 ( 36 5℃保温 10min) ,再进行下帽与结构片的键合 ( 380± 10℃保温2 0min) ,成功进行了三层键合 .测得的键合强度约为 2 30MPa.硅片 基体 /SiO2 /Cr/Au层和硅片之间键合时 ,SiO2 溶解而形成CrSi2 硅化物 .共晶反应因Cr层而被推迟 ,键合温度高出共晶温度 2 0℃左右 ,从而避免了由于Au元素向硅中扩入而造成的污染 ,进而避免可能造成的对集成微电子器件性能的影响 .试验还证明硅基体 SiO2 /Cr/Au/Poly Si/Au键合层结构设计模型也遵循这一键合过程中的原子扩散理论.     

板上芯片固化后残余应力分布的有限元模拟

用有限元模拟研究了板上芯片固化后残余应力的分布.在FR4及陶瓷分别作基板的两种情况下,残余应力分布最显著的差异是等效应力分布不同.讨论了基板厚度及粘合胶厚度对残余应力的影响,表明采用陶瓷基板时增加粘合胶的厚度以降低残余应力来作为低应力封装的一种手段是可行的.硅压阻传感芯片测量结果与计算机模拟结果的比较表明,计算机模拟值与实验测量值比较接近,测量值的正负区间与模拟值的正负区间吻合     

无锚杆金属固态振动陀螺振子结构优化与特性仿真分析

针对Ψ型陀螺振子加工难度大等问题,改进了一种无锚杆金属振子。运用有限元分析软件,对振子的振动特性进行了深入分析,获得其各阶振型和固有频率;对振子进行过载特性仿真分析,得出振子在高过载条件下的应力和位移表现;并进一步采用多物理场分析振子的品质因数。结果表明,该金属振子直径为15mm,固有频率为12509Hz,模态隔离度大于3291Hz,能够承受不小于3.8×10⁴g的过载冲击,同时品质因数达到8.7×10⁴。通过实物测试以及与Ψ型振子对比,验证了优化的合理性、有效性和准确性。     

引信用MEMS加速度传感器敏感元件的设计

根据引信环境信息探测的要求,设计了一种新型MEMS高g值压阻式加速度传感器敏感元件.通过ANSYS仿真对该结构进行了量程分析、抗过载分析、灵敏度分析及横向灵敏度分析,提供了一种新的阻尼设计方法.结合过载保护设计,较好地实现了结构阻尼控制与过载保护的融合.最后设计了一套可行的加工工艺.     

压阻式压力传感器灵敏度与线性度的仿真方法

灵敏度和线性度是压力传感器最重要的两个性能指标。为了制作出能够满足实际应用需求的压力传感器,必需探索出一种压力传感器灵敏度和线性度的有效仿真方法。提供了一种基于对压阻式压力传感器薄膜表面应力的有限元分析(FEA)和路径积分的仿真方法,从而实现了在满量程范围内不同压力值下对传感器电压输出值的精确估计,在此基础上对压力传感器的灵敏度和线性度进行了有效仿真。实验结果验证了该方法的精确性:传感器样品的灵敏度测试值为42.462～44.460 mV/MPa,与仿真值之间的相对误差控制在3.3%以下,同时得到非线性低于0.16%的良好线性度以满足应用需求。     

次碰撞的研究现状及存在的问题

为了对次碰撞现象进行实验研究,主要利用有限元分析软件 ANSYS/LS-DYNA,进行了撞击实验的动力学仿真,系统的研究了金属球撞击初速度和撞击位置两个因素对次碰撞动力学响应的影响。     

高灵敏度双轴加速度计结构设计与仿真

该文设计了一种具有高灵敏度、低交叉耦合的双轴谐振式微加速度计,使用工型梁作为解耦梁,通过微杠杆机构实现力的放大,结构呈中心对称形式,采用差分检测工作方式。通过仿真分析对结构进行优化并完成加速度计整体结构设计,进而提高加速度计灵敏度,降低交叉耦合。对加速度计结构进行模态分析、灵敏度分析、交叉耦合分析和谐响应分析,结果表明,在±20g量程范围内,x向标度因数为423.6 Hz/g,y向标度因数为421.8 Hz/g,x向交叉灵敏度为0.000 047%,y向交叉灵敏度为0.000 78%。仿真结果验证了所设计结构的可行性。     

串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备

提出了一种新型高频宽带压电复合材料圆环阵换能器,综合采用了压电复合材料和多模耦合振动来拓展换能器带宽。通过ANSYS软件对其进行有限元建模仿真,得到了该换能器谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件最优设计方案。由最优参数加工得到用于叠堆的两个压电复合材料圆环,并将两压电复合材料圆环轴向叠堆,最终制作了双圆环叠堆压电复合材料水声换能器。经测试,该新型换能器形成了明显的双模耦合振动,其-3dB工作带宽为320~410kHz,最大发送电压响应达147.8dB。研究结果表明,利用复合材料和多模耦合振动可以大幅度拓展高频换能器的带宽。     

四分压电陶瓷管的动力学研究

建立四分压电陶瓷管的动力学方程，研究了四分压电陶瓷管在伸长和弯曲时的边界条件。用有限元分析软件ANSYS对四分压电陶瓷管进行模态分析，得出该陶瓷管的前12阶谐振频率和模态振型。进行了瞬态动力学分析，分别用锯齿波和阶跃波驱动压电陶瓷管并得出压电陶瓷管的位移曲线和振子应力图，验证了所建方程的正确性。