ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用

简单介绍了ICP刻蚀系统和刻蚀原理。通过实验分析了ICP刻蚀SiO2和Cr时,刻蚀速率随相关工艺参数变化而变化的几点规律。同时给出了用ICP刻蚀出的MEMS传感器Si基腔的表面形貌图和Cr电阻的显微镜照片。     

一种压阻式微压力传感器

微压力传感器是微机电领域最早开始研究并且实用化的微器件之一，它结构简单、用途广。基于压阻效应、惠斯顿电桥等相关知识设计了一种压阻式微压力传感器。为增大灵敏度，设计了一种折弯形的压敏电阻。基于一些相关的微加工工艺制定了制作这种微传感器的工艺流程并且制作成功了传感芯片。设计了一个处理电路去获得此传感器的输出信号，它由两级放大电路和两级巴特沃斯低通滤波电路组成。最后利用这个测试系统检测出了随压力变化而发生变化的微电压信号。     

单晶硅等效机械特性的实验研究

单晶硅广泛应用于MEMS器件中。根据等效刚度原理,单晶硅可以简化为各向同性材料。介绍了一种采用湿法腐蚀工艺加工的倾斜硅梁,并利用频率响应特性测试了其等效杨氏模量和等效泊松比。采用(100)硅片制作了八组不同尺寸参数的倾斜硅梁。梁的宽度尺寸间隔为30μm,尺寸范围为30μm～240μm,对应宽高比为1/8～1。实验结果证明了等效杨氏模量与倾斜梁尺寸无关,而等效泊松比不仅和单晶硅的特性相关,而且受倾斜梁尺寸的影响。实验得到的等效杨氏模量为170.51 GPa±2.08 GPa。对等效泊松比的测量结果在Matlab中进行了多项式拟合,7次拟合多项式已经与测试结果具有很好的一致性。     

基于驱动频率的硅微陀螺零偏补偿方法研究

针对硅微陀螺的零偏受环境温度影响比较敏感的问题,研究了一种新的温度补偿方案。通过研究驱动频率的温度特性,发现驱动频率与温度之间存在很好的线性关系,经过适当的标定,驱动频率可以作为内置温度传感器取代传统的温度传感器,解决了传统传感器温度不准确和测量滞后的问题。建立了驱动频率与零偏的模型,对硅微陀螺的零偏进行了温度补偿验证。验证试验表明,在-40℃～60℃全温区范围内,零偏温度灵敏度由0.053°/(s.℃)提高到0.00244°/(s.℃),有效地改善了全温区的零偏温度系数。     

电容式MEMS陀螺电极间隙标定方法研究

该文以蝶翼式陀螺为研究对象,研究了电容式微机电系统(MEMS)陀螺电极间隙标定的方法。提出了一种基于谐振测量的电学标定方法,设计了基于调制解调技术的高精度微弱电容检测电路,并可以通过开关控制实现蝶翼式陀螺不同接口电容电极间隙的测量与标定。基于陀螺工作原理建立了电极间隙理论分析模型,推导了电容间隙与输出电压之间的关系,搭建了电极间隙测量与标定平台,测量了多个陀螺不同电极的间隙,并与采用电容-电压(CV)分析仪、台阶仪的测试结果进行了对比。与CV分析仪测试方法相比,该方法可有效地避免寄生电容的影响,在寄生电容未知的情况下可准确测量出有效电极间隙,同时具有更高的分辨率。与台阶仪测试方法相比,该方法可以准确反映实际电极位置的间隙大小。被测陀螺的电极间隙理论设计值为2μm,采用该文提出的方法测试值分布范围为1.92～2.2μm,采用CV分析仪测试结果为2.004μm(寄生电容已知),采用台阶仪平均测试值为2.11μm。     

基于蝶翼式MEMS振动传感器的轴承故障信号检测方法

轴承是旋转机械最易发生故障的零件,一旦发生故障,就会影响整个机械系统的运行,因此,对轴承的运行状态进行有效的监测意义重大。本文提出一种基于蝶翼式MEMS振动传感器的轴承故障信号检测方法,具体介绍了蝶翼式MEMS振动传感器的设计、加工以及与之级联的电子谐振器的设计。仿真和应用验证表明,所提出的方法能够有效提取轴承故障信号。     

微机械振动陀螺模态耦合误差分析与激光修形方法研究

较大的模态耦合误差严重影响陀螺仪的零偏稳定性。研究了一种微机械振动陀螺仪的模态耦合误差形成机理,仿真分析了结构加工误差对模态耦合误差的影响规律。仿真结果表明:振动结构支撑梁上的加工误差是引起结构刚度不对称并产生模态耦合误差的主要因素,在与该加工误差对称的位置去除相应的材料可以减小甚至消除模态耦合误差。采用紫外激光微细加工技术,对微陀螺样机进行了结构平衡实验,激光修形后在没有输入角速度时,微陀螺样机模态耦合误差信号的峰峰值从2.88 V降低到0.24 V,取得了明显的修形效果。     

叉指微加速度计的设计与闭环检测研究

设计了一种“叉指式”微机械加速度计和相应的闭环检测电路,介绍了此微加速度计的加工工艺,并使用Ansys软件进行了模态分析和机械分析,仿真结果跟理论计算相吻合。最后对该闭环微加速度计进行了测试,得到的测量线性度为2.5%,刻度因子为3V/g。     

Pyrex玻璃凹槽刻蚀及槽底粗糙度研究

介绍了用于电容式微传感器的玻璃基底加工方法.目前玻璃刻蚀掩膜层的制作工艺复杂,实验中采用机械掩膜方法,较简单地腐蚀出玻璃凹槽,没有脱膜或钻蚀现象.同时对凹槽底面粗糙度进行了研究,并提出了改善方法,得到粗糙度为(Ra=1.5 nm)的玻璃底面,有利于制作平整的电极.     

基于改进PSO算法的嵌套环式微陀螺结构优化设计

摘要：改变嵌套环陀螺的结构设计会引起陀螺性能发生很大的改变,但由于其结构复杂,参数众多,导致陀螺在仿真过程中计算量过大,难以探索陀螺多参数变量对陀螺性能的影响规律,针对这一问题提出了一种基于改进PSO算法的嵌套环陀螺结构优化设计方法。该方法在传统PSO算法寻优的基础上,引入极值扰动来避免算法陷入局部极值,并针对嵌套环陀螺进行了一定的条件约束,解决了多参数在总和固定情况下的优化问题。改进后的优化算法以机械热噪声为目标函数,在波音设计的陀螺模型基础上对其间隙分布进行了优化实验,并与未优化前进行了性能对比,结果表明,改进后的优化算法使嵌套环陀螺性能显著提高,结构优化设计更加高效简洁,适用于嵌套环陀螺进行各种多参数的优化问题。