基于圆片级阳极键合封装的高g_n值压阻式微加速度计

设计了一种适合于高gn值压阻式微加速度计圆片级封装的结构,解决了芯片制造工艺过程中电极通道建立、焊盘保护、精确划片等关键技术。采用玻璃—硅—玻璃三层阳极键合的方式进行圆片级封装,较好地解决了芯片密封性、小型化和批量化等生产难题。在4 in生产线上制作的高gn值压阻式微加速度计样品,尺寸仅为1 mm×1 mm×0.8 mm;对传感器进行的校准与抗冲击性能测试,结果表明:样品具备105gn的抗冲击能力、0.15μV/gn/V的灵敏度以及200 kHz的谐振频率。     

差分电容硅微加速度计检测电路研究

针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压( C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn 左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13 gn。     

电容式微加速度计的研制

以一个电容式微加速度计为设计实例来介绍了基于IP库MEMS设计的流程,其中主要包括四个部分:原理分析,结构设计,工艺流程和版图设计,封装及电路测试。首先根据需求设计出加速度计的基本结构;然后对该结构进行工艺流程和版图的设计;并利用虚拟工艺来进行仿真和可加工性验证;得到的三维结构通过接口导出到FEM中进行数值分析;接着将数值分析的结果进行基于FEM的运动学建模;求解得到的运动规律,以宏模型的形式存入IP库中;与此同时,利用虚拟运行进行可视化行为级的仿真。     

基于数字电路的二阶Σ-Δ调制微加速度计

为了简化模拟电路部分的设计,减少模拟电路的干扰,提出了一种基于数字电路的Σ-Δ调制微加速度计.在传统由纯模拟电路搭建的Σ-Δ接口电路基础上,将基于运算放大器的比例放大、微分、积分电路使用现场可编程门阵列(FPGA)进行实现.使用分立元件搭建了PCB板级电路,实现了采样频率为50 kHz的二阶Σ-Δ闭环调制接口电路.测试结果表明:该加速度计灵敏度为1.4 V/gn,系统基带内闭环噪声密度小于400 μgm/Hz1/2.     

业界信息

行业动态汽车电子稳定程序(ESP)微传感器及系统取得阶段性成果先进制造领域863课题"汽车电子稳定程序(ESP)微传感器及系统"针对汽车电子应用需求,对MEMS陀螺仪和加速度传感器的结构进行了优化设计,开发出了基于体硅SOI和圆片级封装工艺的低成本MEMS微陀螺和微加速度计芯片,攻克了数字化陀螺仪电路设计和加速度计ASIC电路设计技术和预成型空腔塑封封装技术,研制出了自主知识产权的ESP用MEMS     

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置.选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn～30gn)微惯性开关.惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析.采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀...     

电容式微机械加速度计测量范围上限设计

测量范围上限设计一直是高gn值微惯性引信研制的一个难题,对差动电容式微加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究,理论分析和计算机仿真结果表明:按同一比例尽量减小封装间隙和电极面积,使得受限于临界偏压的外加偏压取值刚好能提供需要的量程,同时使用质量块减薄和打孔并用的方法来提高最大量程,所设计出的加速度计可具有70gn以上量程。     

基于隧道磁阻效应的单轴加速度计研究

提出了一种基于隧道磁阻效应的单轴加速度计。阐述了隧道磁阻加速度计的结构原理,在线性加速度计等效模型基础上推导了加速度计的位移响应公式;构建圆柱形永磁体的磁场分布模型,借助平动位移和磁场强度分布曲线近似推导了磁场强度与位移之间的关系式;结合隧道磁阻线性磁场传感器的线性特性,推导了输入加速度与隧道磁阻线性磁场传感器输出电压的关系式;对隧道磁阻加速度计进行运动特性进行了仿真,设计了隧道磁阻效应加速度计测控电路,并进行了实验验证。实验结果表明:在弹性梁的长、宽高分别为8,1. 8,50 mm以及TMR传感器与永磁体底面竖直距离为5 mm时,隧道磁阻式加速度计的标度因数为307. 03 mV/gn,偏置稳定性为206. 4μgn,非线性度为1. 65%。     

三梁-质量块敏感结构高性能压阻式碰撞加速度计

研究了一种主要应用于碰撞测试领域的硅微机械高性能压阻式加速度计,量程范围为2 000 gn.为满足技术性能要求,加速度计采用一种三梁-质量块结合梳齿阻尼器的新颖结构,从而可以同时具有高灵敏度及高动态特性(包括高谐振频率及精确阻尼控制).这种加速度计采用n型(100)普通硅片制作,主要工艺过程包括双面ICP深刻蚀和压阻集成工艺.振动台测试结果表明,加速度计的灵敏度为0.11 mV/gn/5 V,谐振频率为31 kHz,灵敏度±5%变化下平坦带宽大于5 kHz.采用落杆测试法测试了加速度计的冲击响应及0～2 000 gn满量程范围内的非线性度.封装后的加速度计承受15 000 gn的冲击测试后没有受到损坏.     

力平衡框架结构加速度计的设计

本文提出了一种基于ICP刻蚀以及静电键合工艺的新型微机械加速度计结构,并通过MATLAB软件对该加速度计系统进行了仿真.这种框架结构可以有效地增大结构静态电容,以便在闭环工作时能产生更大的静电力.它的整体尺寸为2 800μm×3000μm×60 μm,结构惯性质量为0.14 mgn,静态电容为3.618pF,抗过载能力超过5000 gn.通过系统仿真,该加速度计的电压灵敏度为90 mv/gn,量程为±50 gn,系统带宽是10 kHz.