基于微谐振器的圆片级真空封装真空度测试技术

针对微电子机械系统(MEMS)圆片级封装腔体体积小、传统的真空封装测试方法适用性差的情况,研制了一种用于表征圆片级真空封装真空度的器件——MEMS微谐振器。利用此谐振器不仅可以表征圆片级真空封装真空度,也可用于圆片级真空封装漏率的测试。采用MEMS体硅工艺和共晶圆片键合技术实现了微谐振器的圆片级真空封装,利用微谐振器阻尼特性建立了谐振器品质因数与真空度的对应关系,通过设计的激励电路实现了微谐振器品质因数的在片测试,对不同键合腔体真空度下封装的MEMS微谐振器进行测试,测试结果显示该微谐振器在高真空度0.1～8 Pa范围内品质因数与真空度有很好的对应关系。     

芯科专利CMEMS技术提供真正的MEMS＋CMOS协同设计

由于在产品尺寸、交付时间、供应稳定性、产品可靠性、器件尺寸和性价比等多方面存在优势，近几年来，微机电系统（MEMS）解决方案正在逐步打破石英晶体解决方案在频率控制和定时产品领域的完全垄断局面。随着SiliconLabs（芯科实验室有限公司）专利的CMEMS技术的采用，公司在一体化频率控制产品上获得巨大突破，通过在先进的混合信号IC之上直接加工谐振器，来获得完整的单片解决方案，这是真正的MEMS＋CMOS协同设计。     

软件无线电中RF-MEMS元件

本文分析了软件无线电系统中的MEMS(Micro-Electric-Machine-Systems)解决方案、及其可应用于软件无线电系统中的MEMS器件,主要有对称锥形弯曲缝隙微带天线、用于G波段的微尺度宽频天线、微机械自适应帖片天线、高Q值、双频段MEMS开关、薄膜体声波谐振器、腔结构微机械谐振器、分布式MEMS传输线微机械滤波器等典型的MEMS器件,这些器件克服了普通射频器件体积大,功耗高等缺点,有望在软件无线电系统中得到应用。最后,对MEMS器件在软件无线电系统中的应用做了展望。     

利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。     

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉陶建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统（MEMS）器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0．5nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0．5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。     

微机电系统的研究内容与发展现状

概述了微机电系统（MEMS）的定义和特征,从理论基础、技术基础和工程应用三方面,阐述了微机电系统的研究内容,简要介绍了MEMS基础技术及MEMS器件的研究现状。     

梳状微谐振器的简单器件综合。

介绍了MEMS器件中微谐振器的简单综合方法:在给出一要求的频率值和明确设计变量与设计约束的条件下,提出一组规范尺寸,并用一种有效面积的综合方法,得到相应的微谐振器器件拓扑结构图,以及一组优化且实际有效的拓扑参数,实现微谐振器的简单器件综合。并用ANSYS软件进行了返回验证,结果误差均很小,符合设计要求。     

微机电系统关键技术及其研究进展

微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果,在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔.该文介绍了微机电系统发展的背景与基础理论研究,综述了微机电系统所涉及的器件设计、制作材料、3大加工工艺(硅微机械加工、精密微机械加工与光刻、电铸和注塑(LIGA)技术)、微封装与测试等关键技术,总结了微机电系统在微纳传感器、微执行器、微机器人、微飞行器、微动力能源系统、微型生物芯片等方面的典型应用,最后指明了MEMS技术的发展趋势,有望在近几十年将大量先进的MEMS器件从实验室推向实用化和产业化.     

压电MEMS兰姆波器件技术的最新进展与展望

兰姆波谐振器(LWR)作为一种新兴的压电微机电系统(MEMS)声学器件,同时具有高工作频率、高机电耦合系数、高品质因数值及低功耗等特点,其制造工艺与集成电路工艺兼容,可在单片晶圆上实现多频率器件。基于LWR的声学滤波器是实现高性能射频前端组件的有效解决方案之一,能够满足未来通信设备多频率及集成化的发展要求,其相关研究已成为微声器件领域的热点。该文简要介绍了兰姆波的基本原理,综述了近年来基于氮化铝(AlN)薄膜和铌酸锂薄膜(LNOI)的压电MEMS兰姆波器件研究取得的最新成果,并讨论了压电MEMS兰姆波器件的发展趋势。     

M EM S 射频与微波应用技术新进展

微机电系统（Microelectromechanical system)代表了一项与集成电路制造工艺相同的新兴技术,在射频与微波领域得到广泛应用。无线通信发展的趋势是缩小系统尺寸、降低成本和功耗。本文综述了当前国际上MEMS技术的最新发展现状,对在射频与微波应用的各种MEMS器件关键技术进行了探讨。最后展望了未来的发展前景。     

A microfabricated metal grating oscillator for electric field detection

This letter proposes a novel design of a Micro Electro Mechanical System （MEMS） device featuring a metal grating vibratory mierostructure driven by electrostatic force to sense the spatial electric field. Due to the advantages in slide-film damping and large vibration amplitude, such a device makes atmospheric packaging a low-cost option for practical manufacture. In this letter, we present the operating principles and specifications, the design structure, as well as the finite element simulation. Computational analysis shows that our design obtains good results in device parameters setting, while its simplicity and low-cost features make it an attractive solution for applications.     

移动互联网络时代MEMS技术的创新发展

微电子机械系统(MEMS)技术是半导体微电子学的创新,利用Si基集成电路的平面工艺从两维加工向三维加工发展,开创了MEMS新的领域。综述并分析了与信息产业以及移动网络相关的MEMS主流产品(加速度计、陀螺仪、微麦克风、数字微镜器件(DMD)、喷墨头和RF MEMS)的技术发展现状和趋势,同时预测了MEMS新兴产品(光滤波器、微小电子鼻、微扬声器、微超声器、微能量采集器和纳机电系统(NEMS))的科研现状和面临的技术挑战。从当前世界MEMS技术发展的特点(系统集成、与CMOS工艺结合走向标准加工、纳米制造与微米、纳米融合和多应用领域扩展)出发,结合国内MEMS技术发展的现状,提出我国MEMS技术发展的建议。     

扭臂结构静电驱动式微驱动器动力学特性分析

基于扭转动力学原理,推导了用于分析静电微驱动器的驱动电压、响应时间和其它动力学参数的特性方程。对于忽略和考虑空气阻尼效应的2种情况,分别进行了详细的讨论,计算结果可以用于分析器件处于真空和空气条件下的工作状态。结果表明,当考虑空气阻尼时,悬臂梁的运动轨迹与忽略空气阻尼时相比较发生相当大的改变,从而吸合（pull—in）电压和响应时间等计算结果也发生改变。因此,对于微机电系统（MEMS）器件的设计和制作,空气阻尼效应是影响其性能和工作条件的重要因素。最后,介绍了一种光学测量方法,可用于器件的响应时间和悬臂梁扭转角度等参数的测试,得到的实验结果与理论分析结果有较好的吻合。     

一种复合式MEMS皮拉尼真空计的设计

微电子机械系统(MEMS)皮拉尼真空计可广泛用于芯片封装和设备测试等领域.量程是MEMS皮拉尼真空计的重要性能指标之一.设计了一种复合式MEMS皮拉尼真空计,通过将具有不同测量范围的两款器件串联复合在同一芯片上,实现量程的扩展.以二极管型皮拉尼真空计为例设计了器件结构,优化了尺寸参数,并给出了兼容CMOS工艺的制造方案...     

低电压驱动的MEMS F-P可调光学滤波器研究

基于微机电系统（MEMS）技术,研制了一种新颖的光学腔与静电驱动器分离的Fabry-Pérot（F-P）可调谐滤波器。从光学设计、MEMS结构设计、制造工艺与器件测试等开展了F-P可调谐滤波器的研究,成功制备了工作在以1550 nm波长为中心、调谐范围为40 nm和驱动电压低于30 V的MEMS F-P可调滤波器。测试...     

MEMS可变电容的研究现状及进展

介绍了微机电系统(MEMS)技术以及MEMS可变电容器,基于MEMS的可变电容具有高Q值、低损耗、宽调节范围和低噪声等优点,阐述了MEMS可变电容器设计的基本原理,列举了现有的几种典型结构模型。通过指定频率下Q值及调谐范围的具体数值,比较不同结构的MEMS可变电容的特点,展望了MEMS可变电容的发展并得出结论。     

A novel MEMS inertial sensor with enhanced sensing capacitors

A novel MEMS inertial sensor with enhanced sensing capacitors is developed. The designed fabricated process of the sensor is a deep RIE process, which can increase the mass of the seismic to reduce the mechanical noise, and the designed capacitance sensing method is changing the capacitance area, which can reduce the air damping between the sensing capacitor plates and reduce the requirement for the DRIE process precision, and reduce the electronic noise by increasing the sensing voltage to improve the resolution. The design and simulation are also verified by using the FEM tool ANSYS. The simulated results show that the transverse sensitivity of the sensor is approximately equal to zero. Finally, the fabricated process based on silicon-glass bonding and the preliminary test results of the device for testing grid capacitors and the novel inertial sensor are presented. The testing quality factor of the testing device based on the slide-film damping effect is 514, which shows that the enhanced capacitors can reduce mechanical noise. The preliminary testing result of the sensitivity is 0.492 pf/g.     

基于MEMS工艺的微机械失效分析研究进展

随着微电子机械系统(MEMS)消费市场的不断增长,微器件的可靠性问题将是未来数年MEMS研究面临的新挑战.针对国内外近年来在微机械失效方面的主要研究内容,综述了基于MEMS工艺微机械的主要失效形式、失效机理和失效预防措施的最新研究成果和主要研究方法,着重总结了微机械的断裂、疲劳、磨损、黏附和蠕变等失效形式,并分析了这些失效形式对微器件的功能和性能的影响以及对这些失效的预防措施,通过结构优化、器件设计和加工质量控制等措施可降低失效的发生,提高可靠性.最后总结了微机械失效分析中存在的主要问题和以后的发展方向,提出建立通用的失效预测模型、标准的可靠性测试方法是未来微机械失效分析的研究重点.     

Phase-noise analysis of MEMS-based circuits and phase shifters

The effect of Brownian, acceleration, acoustic, and power-supply noise on MEMS based circuits has been calculated for MEMS.-based circuits (phase shifters, delay circuits). The calculations are done for capacitive shunt MEMS switches and metal-to-metal contact series MEMS switches. It is found that these effects result in both an amplitude and phase noise, with the phase noise being around 100× larger than the amplitude noise. The phase noise due to Brownian motion is negligible for MEMS switches with k ≃ 1.0 N/m, g₀ > 2 μm, Q > 0.5, and f₀ ≃ 50 kHz. The effect of acceleration and acoustic noise is negligible for a total acceleration noise of 10 g or less and a total acoustic noise of 74-dB sound pressure level. The power-supply noise depends on the bias conditions of the MEMS element, but is negligible for MEMS switches with a bias voltage of 0 V and a total noise voltage of 0.1 V or less. It is also found that metal-to-metal contact series switches result in much less phase noise than standard capacitive shunt switches. The phase noise increases rapidly for low spring-constant bridges (k = 0.24 N/m), low-height bridges, and bridges with a large mechanical damping (Q < 0.3). Also, varactor-based designs result in 30-40 dB more phase noise than switch-based circuits. This paper proves that microwave passive circuits built using MEMS switches (with a proper mechanical design) can be used in most commercial and military applications without any phase-noise penalty     

用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计

给出了一种用于MEMS惯性器件的低噪声读出电路设计,针对MEMS惯性器件大多采用电容量输出等特点,设计了一个低噪声运算放大器,利用该运放,设计了一种基于开关电容的电荷转移电路来将电容量转换为电压量,以便后续电路处理.采用了相关双采样(CDS)技术,较大地减少了电路和MEMS惯性器件的1/f噪声、热噪声,抑制了零漂.采用HHNEC 0.35 μmCMOS工艺制造,面积为1 mm×2 mm,与MEMS器件封装在一起,并进行了实际测试,结果表明,该读出电路基本满足要求,并具有较低的噪声.