具有自由悬浮敏感膜的硅微机械电容式麦克风的设计与仿真计算

提出了一种具有自由悬浮敏感膜和带孔铜底板的硅微机械电容式麦克风.采用低压化学汽相淀积工艺制作而成的复合敏感膜一端固定于硅基,其余部分处于自由悬浮状态,可以释放敏感膜的内应力.底板采用铜电镀技术制作,底板上呈蜂窝状分布的圆形通气孔用来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼.仿真计算表明在5 V偏置电压下麦克风灵敏度为10.62 mV/Pa,工作稳定最大电压为9.7 V,工作频率带宽为0～10.57 kHz.分析结果表明该微机械麦克风能满足市场需求.     

硅微机械陀螺表头温度特性研究与测试

硅微机械陀螺目前已经能达到较高的精度,但温度的变化对它的性能有较大的影响.为了改善硅微机械陀螺的温度性能,从硅微机械陀螺的基本原理入手,通过分析及测量微机械表头的传递函数中各个参数随温度的变化规律以及它们对陀螺性能的影响,找到了影响陀螺温度性能的关键参数和改进方法,对陀螺的微结构设计和陀螺的温度补偿电路设计都有重要的指导意义.     

关于微硅机械加速度计表头设计的几个问题

由于负刚度等特殊问题，使叉齿式微硅机械加速度计的闭环控制区别于常规闭环系统，并且负刚度较大地影响微加速度计工作稳定性，为此对加速度计的表头结构设计方法及理论公式进行了研究，推导出了在给定性能参数下，设计加速度计表头最小分辨率，最大量程的方法和理论计算公式，根据上述方法设计能更好地保证加速度计的工作稳定性。     

硅微机械陀螺仪温度控制系统的PID算法实现

温度的变化对硅微机械陀螺仪的性能有较大的影响,对温度的稳定性控制有着重要意义。分析了硅微机械陀螺仪的温度影响机理,通过对表头测试得到性能参数随温度变化的规律。介绍了PID控制算法的基本概念,对其进行了系统仿真,并在实际的温控系统中完成了试验验证,试验结果表明利用PID算法实现的温控系统具有良好的控制效果。     

冲击硅微机械加速度传感器的封装与封装性能分析

给出了一种压阻式冲击硅微机械加速度传感器的器件封装结构并对其封装的性能进行了分析.加速度传感器的封装采用可伐合金做管壳,采用环氧粘合剂将芯片粘结在金属基板上,采用金丝连接芯片铝焊点和管脚,使用环氧灌封胶充填管壳内空余的区域,来缓冲芯片受到冲击时承受的冲击应力.用ANSYS软件对封装后的器件进行了模态分析.分析结果表明,封装后加速度传感器敏感结构--悬臂梁敏感方向上的模态频率与封装前基本相同,封装后器件管壳三个破坏方向上的模态频率足够大.因此,封装不影响加速度传感器的测试性能并有良好的抗冲击能力.用霍普金森杆对封装后器件进行了冲击破坏实验.实验结果表明,引线从芯片铝焊点处脱落是冲击破坏的主要形式.     

硅微机械加工光波导压力传感器的设计

随着波导材料的研究和进展 ,采用新的波导材料设计出了一种波导式压力传感器 ,就光波导压力传感器的原理和特性作了一个简要阐述 ,对它的工艺流程作了详细的描述     

硅微电容式二维加速度传感器的加工与测试

设计了一种基于体硅加工技术的单敏感质量元差分电容式二维加速度传感器,并采用硅-玻璃静电键合、ICP工艺释放等技术完成了二维加速度传感器的加工。测试结果表明:该二维加速度传感器两个检测方向上的灵敏度基本一致,线性度较好,交叉干扰较小。X、Y方向的灵敏度分别为58.3 mV/gn、55.6 mV/gn;线性相关系数分别为0.9968、0.9961,交叉灵敏度分别为6.17%、7.82%。     

硅基谐振式微机械加速度计的设计与仿真计算

分析了硅基谐振式微机械加速度计的工作机理,提出了一种新颖的结构形式,进行了结构的优化设计和仿真计算.用MATLAB软件分析了结构参数对性能指标的影响,用ISIGHT优化软件优化出结构参数,用ANSYS仿真软件对结构进行了静态分析和模态分析,验证了所提出结构的设计思想和优化参数的可行性.     

（中国微米纳米技术学会文章）一种硅微机械结构振动幅度的电学测量方法及实验研究

本文针对硅微机械结构振动幅度由于封装难以计算机视觉测量及电学测量中的精度受接口电路参数影响的问题,在对静电梳齿驱动、平板电容检测的硅微谐振结构进行建模分析后,提出基于单边带电压比的电学测量振动幅度的方法并分析了测量方法的原理。实验表明研制的某硅微机械谐振加速度计在受迫振动下的振动幅度为0.25um,频谱分析还表明存在上电噪声引起的振动幅度,该测试方法还能应用于硅微谐振结构的谐振频率测量,同时为高品质因数的硅微机械谐振结构的可静电自激驱动提供了依据。     

硅微电容式加速度计热致封装效应的层合分析

由封装结构热失配引入的应力和结构变形会对MEMS器件性能产生显著影响,即热致封装效应。为描述该效应,一种基于缩减刚度矩阵的层合板模型被用来对硅微电容式加速度计的封装进行了建模。利用经典层合理论,由计算封装热失配引入的应变和曲率得到敏感检测电容的温度特性,以此作为热致封装效应的评估。并结合有限元模拟（FEM）对该理论模型进行了对比和验证。结果表明,层合模型能较好地描述硅微加速度计的热致封装效应,并在此基础上分析了优化措施。     

硅微电容传声器的防粘连结构

粘连是硅微电容传声器释放牺牲层过程中不容忽视的一个严重问题,大大降低了器件的成品率.在背板上制备微突出(bump)结构,可以较彻底阻止粘连现象发生,提高传声器的成品率.以往的防粘连微突出结构大都制备在上背板结构硅微电容传声器的背板上,它制备工艺简单,但是无法得到厚背板,形成“软“背板,影响传声器的性能.本文提出在下背板上制备防粘连微突出结构,因为其可以做的较厚,避免了软背板的缺点,这时利用氮化硅形成微突出,运用该法制备的硅微电容传声器有效的防止粘连现象发生.对该方案还可进行改进,利用重硼掺杂单晶硅形成微突出,该工艺流程重复性好.最终我们研制成具有防粘结构的硅微电容传声器.     

圆形振动膜硅微电容传声器

硅微传声器是一种用MEMS技术制造的、将声信号转换为电信号的声学传感器.该传声器只需五次光刻工艺即可制作完成,其灵敏度在偏置电压为9V时可达15mV/Pa左右,在100Hz～18kHz的范围内的频率响应也较平坦.     

基于硅膜的电容式高灵敏度低频传声器研究

在电容式传声器相关理论以及方形膜研究的基础上,采用圆形硅膜作为振动膜,研制了电容式低频传声器,该传声器直接采用音频传声器结构,不同于以往的电容式低频传声器结构.首先进行了等效结构参数的仿真,为实验提供了理论支持;然后,制备了直径为0.08 m,厚度约60μm的圆形硅膜,并以此硅膜为振动膜研发了一种高灵敏度的低频传声器,其中,两极板间的气隙厚度约为100 μm.测试表明,当偏置电压为4.5 V时,该传声器具有较高的灵敏度,100 Hz处的灵敏度约为-27dB,通频带(20～300 Hz)平坦,低频响应部分(0～20 Hz)需要改进方法进一步测试.     

z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动研究

提出了一种z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动方案.该方案实现了闭环驱动的相角和增益条件的解耦;对相角进行了优化控制,消除了驱动频率和驱动模态固有频率的相对频差影响;利用闭环回路中直流控制量与驱动力间的非线性关系,实现闭环自激控制.试验结果表明,1 h内,驱动频率变化的均方差为0.009 Hz,相对变化量为2.2ppm(1ppm=10-6);驱动幅度变化的均方差为0.002 5 mV,相对变化量为15ppm;驱动信号的噪声功率谱密度低于-100 dB.由此可见,本方案使陀螺仪驱动性能得到了极大提高.     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

硅微陀螺仪闭环正交校正研究

针对硅微陀螺仪中正交误差的来源进行了分析,设计了一种基于正交校正电极的闭环控制回路。该电路通过正交校正电极产生静电耦合刚度,以此来抵消结构耦合刚度,从而抑制正交误差。给出了设计方案的原理框图,利用Simulink对整个控制回路进行仿真,仿真结果表明该方案能够较好地抑制正交误差。对加入正交校正前后的硅微陀螺仪样机进行了测试,实验结果表明加入闭环正交校正后,陀螺仪样机的正交误差信号已基本消除,零偏稳定性较校正前提高了一倍以上。     

水平轴硅微机械陀螺仪机电接口模型的电容分析

以水平轴硅微机械陀螺仪结构为对象,建立了陀螺仪机电接口的理论模型,分析了模型中杂散电容对输出信号的影响,并用电路分析软件对模型进行仿真。结果表明,陀螺仪活动结构与衬底、引线间的电容对输出信号的影响很大,最后提出了减小杂散电容,提高信噪比的方法。