C型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

设计了一种新型的C型微机电系统(MEMS)平面微弹簧,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧在3个方向(即x,y和z方向)上的弹性系数计算公式,用ANSYS进行有限元仿真,结果验证了公式推导的正确性。在公式计算和仿真的基础上,研究了各种结构参数对其弹性系数的影响规律。     

O型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

对封闭O型MEMS平面微弹簧建立力学分析模型,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧弹性系数的计算公式,并用ANSYS进行有限元仿真,仿真结果表明,两者的相对误差低于2％.在计算公式和仿真的基础上,研究了各种结构参数对弹性系数的影响规律,结果表明,弹性系数随节数和弯半径的增大而减小,随梁宽和厚度的增大而增大.研究...     

平面微弹簧的模拟、加工制备和力学性能表征研究

微弹簧是一种重要的MEMS器件,可为微传感器和微执行器提供弹性力。我们设计并用UV-LIGA技术制备了数种不同形状的平面微弹簧,并用ANSYS对其力学性能如刚度、断裂强度等进行了模拟。由于制备出的平面微弹簧体积很小,无法用常规的测试仪器进行测试,我们为此设计并制备了一台平面微弹簧力学性能测试仪,其位移分辨率为1μm,力分辨率为1mN。模拟得出的结果与测量结果一致性较好,与闭环平面微弹簧相比,S型平面微弹簧具有较大的位移和较小的刚度,弹簧的刚度随着弹簧厚度的增加而增加。铜微弹簧的屈服强度和屈服位移仅为镍平面微弹簧的5％-7％。     

美国生物医学界的MEMS器件的应用和研究动向

本文分两部分概要地介绍了美国生物医学界应用MEMS(微电子机械系统)微传感器和MEMS微系统的研究动向。     

MEMS微弹簧力学特性分析

基于微机电系统(MEMS)工艺,设计并加工了一种"L"型微弹簧。根据经典材料力学理论进行的分析表明,在微弹簧竖直方向所受10mN力的作用下,微弹簧内部最大应力为88.75MPa,且最大应力位于连接处。有限元仿真表明在同等条件下,微弹簧的最大应力为89.326 MPa,与理论分析吻合。采用Tytron250拉伸实验机进行微弹簧拉伸实验,"L"型微弹簧的断裂位置位于连接处,实验结果验证了理论分析和仿真的正确性。在此基础上,提出增大微弹簧连接处的宽度是提高微弹簧作用可靠性的一条有效途径。     

MEMS铜基微同轴传输线性能仿真及测试

研究了一种新型的MEMS超宽带铜基微同轴传输系统。设计了特性阻抗为50Ω铜基微同轴传输线结构,其仿真电压驻波比(VSWR)在DC～110 GHz内低于1.15。且设计了可用于探针台测试和芯片金丝键合的地-信号-地(GSG)转接结构,仿真插入损耗低于0.1 dB。采用该微同轴结构和GSG转接结构设计了用于探针台测试的直通-反射-传输线(TRL)校准套件,利用薄膜工艺加工得到了铜基微同轴传输线及校准件实物,通过实验测试得到该微同轴传输线DC～40 GHz最大插入损耗为0.35 dB/cm,通过仿真拟合推算其110 GHz下的插入损耗约为0.65 dB/cm,该插入损耗性能显著优于平面印刷传输线,同时,该微同轴传输线的体积远小于波导传输结构,可以用于研制小型化、高性能、高集成密度微波/毫米波系统。     

引信MEMS延时保险机构性能仿真分析

引信保险机构是否具有延时功能以区分后坐跌落和发射两种不同环境是引信保险机构的关键性能指标之一。基于MEMS制造工艺,结合引信安保机构安全性能的设计准则,提出了一种具有延时解保功能的MEMS引信保险机构。采用动力学仿真软件对后坐机构在跌落(15 000g和20 000g两种情况,300μs)和发射(10 000g,10ms)两种环境下的运动和动态特性进行仿真,并分析其结果曲线。结果表明,该保险机构在垂直跌落情况下(最不利的情况)不会解保,在发射后坐力的作用下则可安全解除保险,证明了该MEMS引信保险机构具有延时解保功能并且可以有效区分跌落和发射两种不同环境。     

MEMS加速度计的误差补偿方法北大核心

温度误差和非线性误差是影响MEMS加速度计精度、限制其应用领域的两个重要因素。研究了国内外MEMS加速度计误差补偿方法,分析了MEMS加速度计的温度误差和非线性误差来源。为了消除一款50g量程的数字式MEMS加速度计的误差,采用分段线性拟合插值法进行了零偏温度补偿;同时采用基于预测模型的分段插值法对加速度计的非线性误差进行了校正。测试结果表明,经过补偿后,加速度计全温区(-40℃~60℃)零偏变化量从33.95mg提升到了1.02mg,标度因数温度系数从4.205×10^(-5)/℃提升到了0.74×10^(-6)/℃,满量程非线性度从1.010 022×10^(-2)提升到了1.479 9×10^(-4)。该方法算法简单,效果显著,适合于工程应用。     

MEMS微同轴宽带功分器

随着微波系统大功率、超宽带的发展,对功率分配/合成结构的性能提出了更高的要求,超宽带、低损耗、小尺寸、易于集成的功分器成为研究热点.基于微电子机械系统(MEMS)工艺的微同轴射频传输线具有超宽带、无色散、低损耗和高隔离度等特点,使用微同轴工艺制备的功分器具有超宽带、低损耗、易于集成、小型化和可移植性好等特点.仿真并制作...     

MEMS平面微弹簧刚度分析

对一种UV-LIGA工艺制备的封闭环“B型”微机电系统(MEMS)平面微弹簧建立了力学分析模型,运用能量法的卡氏第二定理,推导出了其在线性范围内的弹性常数计算公式。运用类似方法,推导出了开口“S型”MEMS平面微弹簧在线性范围内的弹性常数计算公式。在相同尺寸和材料特性条件下,对这两种平面微弹簧的刚度进行了对比研究,结果表明,闭环结构比开口结构的微弹簧刚度大。从力学的角度分析了其原因。对这两种平面微弹簧进行了力学拉伸实验,实验结果与公式计算结果相吻合。     

微机械圆盘谐振器的仿真分析及等效电路

通过对径向振动圆盘的机械振动方程进行分析,将机械振动的分散参数集总化,提取出机械集总参量并通过机电类比的方法将集总化的机械参量类比成电参量,建立起径向振动微机械谐振器的电参数模型。利用ANSYS软件对径向振动盘式微机械谐振器进行模拟,提取出谐振频率和振动位移,并以此为基础计算出等效质量及阻尼和刚度的数值,进而通过机电耦合系数求出电参数值。以所提取的电参数为依据,分析了谐振器的结构对谐振器的等效阻抗的影响。谐振器的等效电路及分析结果将成为后续结构和驱动电路设计的出发点。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

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C...     

MEMS平面S型锥形弹簧的特性分析研究

针对MEMS平面S型等直梁弹簧压杆稳定性及抗共振性能较差等问题,提出了一种MEMS平面S型锥形弹簧,推导出平面锥形弹簧y向刚度系数公式,并通过仿真实验对理论公式进行验证,发现在集中力作用下,弹簧刚度系数的理论值与仿真值的平均误差小于1.58%。进一步分析了各结构参数对弹簧刚度系数的影响。结果表明,锥形弹簧刚度系数随着弹簧线宽B及弹簧高度H的增加而增加,随着弹簧弯半径R、段数n、弹簧直梁增量λ,以及弹簧首段直梁长度L1的增加而减小。通过对两种S型弹簧的性能对比,得到锥形弹簧在相同刚度下,轴向空间利用率、压杆稳定性以及抗共振性能方面均优于等直梁弹簧。     

基于微机械圆盘谐振器的振荡器

基于微机械谐振器的硅振荡器是微波通信系统中的关键器件。制作了工作于径向体声学振动模态的微机械谐振器,通过分析微机械谐振器的电参数,并以此谐振器为基础进行振荡器的设计。针对圆盘形微机械谐振器工作过程中阻抗较大的问题,通过多级放大来补偿信号经过谐振器时引起的衰减和相位变化。振荡器包括两部分放大电路,基本振荡回路的多级放大保证振荡器正常起振,输出多级放大保证振荡器的输出达到一定的功率。所设计的振荡器阻抗44kΩ,振荡频率143.33MHz,为大阻抗条件下振荡器的设计提供一定的参考。     

Large Scale Integration of Functional Radio-Frequency Flexible MEMS under Large Mechanical Strain

A versatile industrial recipe of transferring nitride microelectronic components such as micro-electromechanical systems (MEMS) onto flexible and stretchable substrates is demonstrated. This method bypasses difficulties of temperature-related processing, and is applicable to large-scale and mass production. The technological process of fabrication is presented along with its underlying structural and radio-frequency characterizations. In particular, the Raman strain shifts of aluminum nitride (AlN) thin films are determined for uniaxial and biaxial mechanical deformations. The transferring process onto polymer is also demonstrated by an adhesive bonding of AlN-based MEMS onto a 200 mm silicon (Si) wafer. The devices microstructure is assessed using X-ray before and after transferring, as well as their electrical radio-frequency (RF) features when on Si and polymer substrates. Then, RF measurements are also performed on the transferred and flexible devices; some in their relaxed states, and others in an in situ manner under an increasing macroscopic strain. It is shown that bulk acoustic wave resonator MEMS are fully functional even under 12% uniaxial stretching of the substrate.