工业化硅微机械电容式麦克风的设计与性能计算

给出了一种单芯片硅微机械电容式麦克风的结构设计,并针对此结构对其进行了动态特性分析计算。硅微机械电容式麦克风的两个电极由一个复合敏感膜和一个金属铜底板构成。复合敏感膜包括三层,中间一层是掺杂硼的多晶硅,上下两层是氮化硅,三层复合膜的厚度设计和制作工艺使复合膜处于轻微的拉应力状态。底板采用低温电镀铜技术制作,底板上分布有许多圆形通气孔来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼。在复合敏感膜和金属铜底板之间采用牺牲层技术制作了一空气间隙,使复合敏感膜和一个金属铜底板之间构成一工作电容。在硅基体的背面采用湿法腐蚀出声音进口腔。针对这一结构我们对其动态特性进行了分析计算,计算出麦克风在9V偏置电压下开环灵敏度为4.99mV/Pa,麦克风最大偏置电压为32.83V,麦克风工作时的频率带宽为0~134kHz。分析结果表明该硅微机械电容式麦克风能满足工业界的使用要求。     

硅微机械音叉陀螺检测灵敏度与固有频率的关系

检测灵敏度直接关系到陀螺性能的优劣。并尝试用静电力调节敏感模态谐振频率，以提高检测灵敏度。     

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.     

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.     

一种新型电磁式微机械陀螺的结构设计与仿真

介绍了一种基于介观压阻效应的新型电磁式微机械陀螺,对陀螺进行了结构设计。该结构采用电磁驱动方式,实现了工作电压小、驱动力大、行程大的要求;采用共振隧穿二极管(RTD)所具有的介观压阻效应检测方式,本质上提高了陀螺的灵敏度。用ANSYS软件对结构进行了模态分析和路径分析,确定了结构的固有频率和RTD放置位置。结合目前工艺要求,对该陀螺进行了工艺设计并实现了结构加工。     

硅微压电超声换能器的设计与制作

介绍了一种用ZnO薄膜作为压电层的硅微压电式超声换能器(PMUT).该硅微压电换能器的振动基膜采用LPCVD制作的氮化硅薄膜和PECVD制作的二氧化硅形成的复合振动膜结构.文中运用有限元方法对该硅微压电换能器的结构进行了模拟和计算,并进行了预应力对硅微换能器共振频率的影响的分析.实验测得硅微压电式换能器的共振频率为71.36 kHz.本文还使用该硅微超声换能器在油中进行了初步的共振频率点收发信号的实验,接收实验测得信号峰峰值为9 mV左右,发射实验标准水听器接收信号峰峰值为0.8 mV左右.     

介观压阻效应电磁驱动微机械陀螺仪的设计与测试

将共振隧穿二极管具有的介观压阻效应与哥氏效应结合应用于陀螺的设计中,提出了一种新型的采用回折型正交梁的陀螺结构。结合现在的工艺水平,设计了合理的加工工艺方案,并进行了加工与封装。通过对封装后的陀螺进行驱动方向测试,得到了固有频率的范围;检测方向上利用振动台对陀螺灵敏度进行了测试,得到在1kHz和4kHz时的测试灵敏度分别为7.51mV/gn、100.74mV/gn。     

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.     

硅微阵列陀螺仪的仿真、设计与测试

为了提高硅微机械陀螺仪的精度和工作可靠性,提出了一种新的硅微阵列陀螺仪结构设计方案。该陀螺仪由4个质量块构成,采用半解耦结构设计,结构完全对称,驱动模态和检测模态的频率匹配性好。分析了硅微阵列陀螺仪的结构和工作原理,并利用ANSYS有限元软件进行了结构仿真,通过调节结构参数实现了各驱动模态与敏感模态固有频率的匹配。对阵列陀螺仪样品进行了测试,实验测试结果表明,驱动模态存在3个振型,同频反相振动的幅值最大,与仿真结果一致。