面内微陀螺结构设计及模态测试

为了提升微机械陀螺在应用中的性能,需要巧妙设计陀螺结构来提高陀螺灵敏度.本文针对面内驱动/检测的微陀螺结构,进行了理论设计和Ansys有限元仿真分析验证,实现了微陀螺结构的模态匹配.通过测试质量块上分布导线产生的动生电动势的实验方法获得陀螺的幅频特性曲线,测量结果表明,微陀螺结构驱动方向频率为7 078.1 Hz(品质因数达643.2),检测方向频率为7 068.9 Hz (品质因数达1 010.7),结构灵敏度可达52.3 nm/(°/s),与理论期望值基本相符.这将为今后设计更高灵敏度的微陀螺式结构传感器提供理论依据及测试方法.     

一种射频MEMS开关高平整度牺牲层的制备方法

牺牲层工艺是制作MEMS开关的重要工艺,牺牲层平整度差会导致开关上电极变形,进而影响MEMS开关的性能.提出了一种高平整度聚酰亚胺牺牲层的制备方法,采用了自然平流法与双层牺牲层结合的方式.首先研究了温度对聚酰亚胺流动速度的影响,极大地缩短了自然平流法所需要的时间.自然平流法的局限性在于无法彻底解决聚酰亚胺牺牲层平坦度差的问题,之后可采用AZ5214光刻胶作为第二层牺牲层,进一步提高了牺牲层的平整度.固化后的聚酰亚胺性质稳定,不与酸碱反应,为光刻胶作为第二层牺牲层提供了条件.     

BOC信号自相关函数边峰消除方法改进和性能分析

BOC调制信号自相关函数的多峰性会给信号捕获带来模糊影响,而传统自相关边峰消除技术需要计算BOC(n,n)的互相关函数和自相关函数,存在计算量大,软硬件实现复杂的缺点.本文对自相关边峰消除技术加以改进,只需进行自相关函数计算就可以实现正余弦BOC北斗信号的捕获.分析和实验结果表明,改进后的算法运算量低,采用所构造的函数捕获伪码相位的主峰和边峰的比值明显高于采用直接捕获伪码相位的主峰和边峰的比值,由1dB提升至12dB更容易准确捕获北斗微弱信号,验证了所构造的函数的有效性.     

一种基于高阻硅衬底的高精度RF MEMS衰减器设计

针对RF MEMS衰减器插入损耗及衰减精度较差的问题,设计了一种高阻硅衬底的高精度RF MEMS衰减器,采用共面波导(Coplanar waveguide简称CPW)将喇叭式功分器结构、悬臂梁式直板状RF MEMS开关以及π形衰减电阻网络集成,作为衰减器的基本单元.此外,本文还设计了喇叭式功分器将信号渐变式传输到衰减器中,用以减小系统的插入损耗,并结合悬臂梁式直板状RF MEMS开关结构和衰减电阻,提高衰减系统的衰减精度.同时通过HFSS仿真软件对衰减器的射频性能进行模拟验证,得到DC～20GHz频段内,插入损耗中心值优于1.35dB,驻波比小于1.08dB,0～70dB范围内的衰减精度优于±2dB,这些指标均优于目前常用的RF MEMS衰减器.由此可见,优化衰减器中的功分器与开关结构是提高射频衰减器射频性能的一种有效方法,为高精度、低驻波比的衰减器工艺制作提供了一种设计方案.     

隧道加速度计结构原理及最小电极距离分析

介绍了量子力学中的隧道效应及其应用，对基于隧道效应原理的加速度计进行了深入研究，结合国内外研究现状，给出了一种隧道加速度计结构，并对其工作原理进行了分析．详细论述了系统结构刚度计算和误差分析，提出了基于该结构下系统刚度和两极板间微位移的计算方法，其目的是求解在一定冲击加速度环境下隧道效应加速度计的最小电极距离，必需在结构设计和工艺实现中考虑该因素，从而保证结构设计的安全性，以使得隧道加速度计能够正常工作．     

应用于MEMS封装的TSV热可靠性分析

针对MEMS系统中硅通孔(TSV)的热可靠性,利用快速热处理技术(RTP)进行了温度影响的实验分析。通过有限元分析(FEA)方法得到不同温度热处理后TSV结构的变化趋势,利用RTP对实验样品进行了不同温度的热处理实验,使用扫描电子显微镜和光学轮廓仪表征了样品发生的变化。结果表明,热处理后TSV中Cu柱的凸起程度与表面粗糙度均随热处理温度的升高而增加,多次重复热处理与单次热处理的结果基本相同。该项研究为TSV应用于极端环境下MEMS小型化封装提供了一种解决方案。     

一种L~E波段的A型上电极MEMS单刀三掷开关设计

针对单刀多掷开关(SPMT)在相控阵雷达、宽带收发器中用于切换滤波器和传输线时需要满足宽频带、高隔离度的性能需求,设计了一种宽频带、高隔离度的MEMS单刀三掷开关(SP3T)。通过ANSYS电磁仿真软件中的HFSS模块对MEMS SP3T开关进行优化,利用COMSOL软件对上电极的机械性能进行仿真。仿真结果表明,所设计的MEMS SP3T开关可工作在1~90 GHz的频带内,且插入损耗小于1 dB@90 GHz,隔离度大于35 dB@90 GHz,其整体体积约为0.75 mm³。     

一种非谐振式MEMS电磁能量收集器

介绍了一种新型非谐振式微电子机械系统(MEMS)电磁振动能量采集器的设计、微加工和表征测试。该能量收集器由MEMS结构、线圈、小型化NdFeB磁体和陶瓷基板组成。建立结构模型对结构固有频率、位移和应力进行仿真。利用MEMS技术制备能量收集器结构和Al线圈等关键部件,并结合嵌有永磁体的陶瓷基板进行组装,在组装过程中使用Cu/Sn倒装焊键合技术将陶瓷与芯片互连,成功制备出能量收集器原理样机。利用振动台对样机性能进行测试,测试结果表明,实际加工能量收集器的谐振频率为5241Hz,在1m/s²固定加速度以及7Hz振动频率条件下,经电路100倍放大测得该能量收集器最大输出电压为257mV。     

基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计

针对现有电子罗盘在地磁场检测时易受到外界磁场干扰而导致测量精度不高的问题,设计了基于隧道磁阻传感器( TMR)的三维电子罗盘并完成样机制作。研究了实际环境中电子罗盘的误差特性,经椭球拟合校正后,采用基于椭圆假设的椭圆拟合方法对误差进行补偿,补偿后其方位角精度可达0.85°,有效降低94.81%的方位角误差。实验结果验证了TMR传感器在电子罗盘应用的可行性。     

基于玻尔兹曼的微机械陀螺温度误差补偿

使用最优拟合的方法,在一定的温度范围内,对微机械陀螺仪温度误差建模,通过温度误差模型对陀螺仪输出进行温度误差补偿。应用线性拟合和玻尔兹曼拟合方法对实验数据进行按拟合修正,该方法减小了温度对微机械陀螺仪的影响,并验证玻尔兹曼误差模型的正确性与可实用性。补偿后的数据较陀螺原始数据零偏,提高了1~2个数量级。在工程实际中有一定的实用参考价值。