低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点。通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较。结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声。以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率。     

基于微位移定位系统MEMS梳齿位移传感器的研究

MEMS硫齿位移传感器是一种基于MEMS技术电容理论的传感器,具有体积小、重量轻、性能稳定、功耗低和易于集成等特点.首先探讨了梳齿传感器的工作原理,随后介绍了使用梳齿传感器有效检测微动工作台位移的方法,并进行了结构失效和梳齿电极不平行失效的可靠性分析.通过采用这种传感器可以达到提高微位移定位平台系统的集成度、精度、分辨率和减小定位平台系统体积的目的.     

梳齿的不平行对电容式微机械传感器阶跃信号响应的影响

分析了梳齿电容式传感器在三种电容驱动方式下,梳齿电容极板的不平行对传感器受到阶跃加速度信号作用时可靠工作条件的影响。得到了梳齿倾斜效应对传感器阶跃加速度响应影响的分析模型。结果表明梳齿电容在同样的电压驱动下,若电容极板的倾斜角变到0.5°时,对于单边电容结构、双边电容结构和有力反馈的双边电容结构,传感器能够承受的临界阶跃加速度分别变为电容极板完全平行时的0.34、0.44、0.52。并针对DRIE工艺刻蚀梳齿的原理,讨论了改进梳齿不平行的方法。     

MEMS耐高温压力传感器封装工艺研究

为解决特种压力传感器结构的封装难题,提出了三种能够适用于200°C高温条件下的先进封装技术.通过有限元模拟,确定了采用低温玻璃键合技术对多种压力传感器进行封装,分析得出了适合的中间键合层厚度.选定了高强度低膨胀基底合金材料,制定了低温玻璃键合的工艺流程,采用先进的丝网印刷工艺确保中间键合层厚度.实验表明经过该工艺封装的压力传感器在高温下具有可靠的性能,能满足现代工业测量需求.     

一种基于MEMS惯性传感器的手势识别方法

随着手机等移动电子设备的发展,应用于嵌入式平台的基于MEMS惯性传感器的手势识别成为一个研究热点.提出了一种简单有效的手势识别方法:通过分析手势的运动学特征,在线实时提取手势的加速度和角速度信号特征量,截取手势信号段,利用决策树分类器进行预分类,根据手势信号的变化规律实时识别具体的手势.该方法在20位实验者中获得了96％的平均准确率,手势识别时间小于0.01s.实验结果表明该算法在嵌入式平台下能快速准确地识别手势,满足了实时人机交互的要求.     

基于MEMS的微位移传感器及其应用研究

对一种基于MEMS探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为2.323nm/mV,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。     

利用MEMS研制微型气流传感器的特性研究

本文在介绍采用硅微电子加工系统制造硅型气流传感器结构和工作原理的基础上，对其测试结果和多晶硅电阻特性进行了分析。     

高频响耐高温MEMS压力传感器封装工艺研究

高温封装微机电系统(MEMS)感压元件是制作高频响耐高温MEMS压力传感器的基础核心元件,导电烧结及绝缘烧结技术是制作高温封装MEMS感压元件的关键技术.通过对比实验,验证纳米银玻璃浆用于芯片Cr/Pt/Au多层金属电极与高温管座可伐(4J29)转接端子之间导电烧结的可行性.经过仿真计算及实验验证,用纳米银玻璃浆烧结的...     

基于三维感应线圈的新型MEMS电流传感器

基于三维感应线圈,研制了一种新型微机电系统(MEMS)电流传感器。传感器以玻璃为衬底,以聚酰亚胺为支撑和绝缘材料,通过溅射、光刻、电镀、抛光等微加工工艺在玻璃衬底上制作出三维感应线圈。传感器具有功耗低、线性度好、质量轻和结构简单等优点,通过U型装置固定在传输导线表面,安装方便。实验测试结果表明:电流传感器两端输出的电压信号与传输线路中的电流成线性关系,线性度为0. 58%。     

一种电容式微机械加速度计的设计

介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计.该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度.对加速度计进行了结构设计和分析.给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决深反应离子刻蚀过程中的过刻蚀现象的方法.初步测试结果表明,该加速度计的灵敏度比较理想,谐振频率与理论计算相吻合.     

倾斜梳齿的MEMS电容式加速度传感器自我标定特性研究

本论文研究MEMS电容式加速度传感器的自我标定方法,模拟机械振动台标定,提高标定效率和降低标定成本,并从理论上分析了DRIE工艺误差对传感器自我标定精度的影响。本文分析的传感器模型梳齿间距为4um,厚度80um,传感器自我标定以模拟幅值为1g的振动台标定为例,针对DRIE工艺加工的高深宽比梳齿电容存在正负侧壁倾斜角α的情况,分析了该倾斜角对梳齿式传感器自我标定的影响。分析结果表明：传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜对传感器自我标定影响明显,且随着倾斜角度的增大而增大。与梳齿完全平行时传感器的自我标定相比,倾斜角为±0.1°时,自我标定误差约为10%;倾斜角为0.5°时,自我标定误差约为27%;倾斜角为-0.5°时,极板发生吸合。表明传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜角对传感器的自我标定影响明显,而传感器工作在闭环电路时,梳齿的倾斜对自我标定的影响明显降低,当倾斜角小于±0.5°时,自我标定的误差小于0.6%,理论误差接近于激光干涉仪绝对标定法的误差(0.5%－1%),证明了自我标定方法的可行性。本文还分析了倾斜角影响自我标定精度的原因以及提出了开环自我标定时减小倾斜角误差的方法,并阐述了具体的修正步骤。     

MEMS加速度计的GPS终端的低功耗系统设计

锂电池供电的便携式GPS定位终端,其待机时间是影响产品实际应用的一个主要因素。采用MEMS加速度计作为运动检测开关,在后台辨别目标体的动静状态,决定系统CPU工作的工作状态,合理配置GPS、GSM各模块的工作模式,优化整个的节电工作状态,可延长终端待机时长。     

电容式硅微加速度计在小型飞行器上的应用

低成本传感器的应用是小型飞行器迅速发展的现实要求,将MEMS传感器技术结合飞行器应用是一个全新的前沿发展方向;对电容式硅微加速度计在小型飞行器上的应用进行了研究,提出此类加速度计存在输出不完全的问题,创新性的给出重力补偿解决方法;通过分析加速度计的误差,并做静态实验以修正,推导了加速度计的工作函数;最后由振动实验,证明在小机动飞行状况下,电容式硅微加速度计能够满足小型飞行器的控制要求.     

飞行器用高精度小量程石英微加速度计研究

为满足对振动环境下10 Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,提出了一种基于石英微工艺的新型窄带宽MEMS加速度计,其敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、梳齿长度、U型梁刚度、盖板结构、阻尼和带宽等参数进行了综合优化设计。敏感元件采用石英晶片经湿法腐蚀体工艺制作,加速度计样机经过了实际性能测试和环境适应性试验,带宽为8.9 Hz,非线性度约为0.7%,可以满足飞行器小量程低频加速度参数的测量需求。     

基于阶跃响应的加速度计Q值测试方法研究

随着电容式加速度传感器的广泛使用,对其品质因子、谐振频率等关键参数的器件级测试显得尤为重要.本文提出了一种简单有效的加速度计品质因子测试方法--阶跃响应测试法,详细分析了其测试原理及测试结果,并与传统的静电激励扫频测试法进行了对比.结果表明:两种测试方法中等效电刚度的不同,造成了测试结果的差异.     

串联电容式RF MEMS开关设计与制造研究

介绍了一种串联电容式RF MEMS开关的设计与制造。所设计的串联电容式RF MEMS开关利用薄膜淀积中产生的内应力使MEMS桥膜向上发生翘曲,从而提高所设计的开关的隔离度,克服了串联电容式RF MEMS开关通常只有在1GHz以下才能获得较高隔离度的缺点。其工艺与并联电容式RF MEMS开关完全相同,解决了并联电容式RF MEMS开关不能应用于低频段(<10GHz)的问题。其插入损耗为-0.88dB@3GHz,在6GHz以上,插入损耗为-0.5dB;隔离度为-33.5dB@900MHz、-24dB@3GH和-20dB@5GHz,适合于3~5GHz频段的应用。     

圆片级低真空封装的MEMS压电振动能量收集器结构设计

MEMS低真空封装技术能为MEMS器件的可动部分提供低阻尼环境,降低能量损耗,有效提高器件的能量转换效率,具有重要的研究意义和应用前景,是MEMS技术的研究热点和难点。为了进一步提高MEMS压电振动能量收集器的输出性能,提出了圆片级低真空封装的共质量块MEMS压电悬臂梁阵列振动能量收集器新结构,通过有限元分析方法对器件结构参数进行了优化设计,在优化结构参数下仿真器件输出性能：在610 Hz、2 gn加速度下,器件的输出电压为8.88 V,输出功率为1220μW,能满足实际应用需求;根据器件结构设计了加工工艺流程,对低真空封装结构的实现和封装工艺探索具有重要意义。     

一种新型低噪声真空微电子加速度计的接口ASIC

真空微电子加速度计基于隧道效应而工作,其内部固有的低频噪声(如1/f噪声)大大降低其信噪比,而且也是影响精度和线性度的主要因素.采用混频技术和相关检测算法,本文研制和设计了一种新型低噪声接口ASIC(专用集成电路).最后测试了加速度计的噪声和线性度,在0～200 Hz范围内输出信号平均噪声密度为69μV·Hz-1/2,线性度相关系数为99.99％,最大的非线性度为0.41％.通过实验结果可以看出该电路能大大改善加速度计的噪声特性和线性度,而且该电路设计思想能用于其它隧道效应加速度计.     

一种高冲击MEMS加速度传感器的仿真与优化

基于高冲击MEMS加速度传感器的冲击灵敏度、频率响应与敏感芯片的结构尺寸存在相互制约关系,提出在满足传感器结构强度和固有频率条件下,提高传感器冲击灵敏度的理论分析、仿真模拟与实验验证的方法;运用ANSYS软件对敏感芯片的弹性膜片厚度与中心岛厚度进行多次设计与仿真,通过多组仿真数据对传感器的结构尺寸进行优化;高冲击实验验证表明,优化的传感器结构尺寸、性能指标能够满足设计要求,冲击灵敏度较高.