灌封胶封装对高量程MEMS加速度计动态性能的影响

利用有限元模拟方法,对一种压阻式高量程MEMS加速度计进行了10万g峰值的半正弦加速度脉冲下的响应分析.灌封胶弹性模量的变化对高量程加速度计输出电压信号的影响可以忽略,且模拟输出电压的峰值与解析解接近.应力分析表明,芯片粘结胶、芯片与芯片盖板之间封接胶环的等效应力均随灌封胶弹性模量的增加而减小;弹性模量在4GPa以上的灌封胶适宜用来保护芯片.动态有限元模拟结果与自由落杆测试结果接近.     

MEMS低量程微加速度计的设计

在传统双边四梁微加速度计结构的基础上,设计了一种新型MEMS低量程微加速度计,量程为±10 g。用ANSYS有限元软件对加速度计的结构建立仿真模型,进行应力、模态及抗冲击能力分析。加速度计供电电压为5 V时,灵敏度理论值达到1.029 mV/g,与传统结构相比,极大地提高了低量程微加速度计的灵敏度。     

EMC材料特性对MEMS加速度计封装可靠性的影响

采用有限元法分析了EMC(环氧模塑封材料)材料特性对MEMS(微电子机械系统)加速度计封装可靠性的影响.使用有限元软件ANSYS分别模拟了加速度计的输出电压、悬臂梁的挠度以及加速度计芯片的等效应力在温度循环载荷下的变化情况.结果发现,EMC的材料模式不同,MEMS加速度计的性能有明显差异.在使用EMC温度相关弹性模式和...     

MEMS加速度计性能已臻成熟

本文通过回顾一些数据来说明MEMS技术的发展状况及性能水平,并将其与商用压电(PZT)状态监控加速度计进行比较.     

复合量程微加速度计动态特性分析

介绍一种复合量程微加速度计.并分析其加速度计的阻尼比、幅频特性和相频特性.计算出其工作的频响范围.对加速度计的动态特性进行测试.对比分析理论计算结果与测试结果,验证该复合量程加速度计满足设计要求,可以有效地工作在4个量程范围内.     

基于退化量分布的高量程MEMS加速度计的可靠性评估

高量程MEMS微加速度计主要应用于航空、航天及军工等高可靠性要求的惯导领域。为了更好进行微加速度计的可靠性寿命预测,提出一种基于退化量分布,以实验数据拟合推导出分布模型参数的变化关系从而更加准确的评估微加速度计的可靠性寿命。实验研究结论表明采用新的评估方法能够获得更准确的微加速度计可靠性预测。     

复合量程微加速度计动态特性分析

介绍一种复合量程微加速度计,并分析其加速度计的阻尼比、幅频特性和相频特性,计算出其工作的频响范围。对加速度计的动态特性进行测试,对比分析理论计算结果与测试结果,验证该复合量程加速度计满足设计要求,可以有效地工作在4个量程范围内。     

高量程微加速度计的可靠性强化实验及分析

由于微加速度计的可靠性已经成为产品商业化过程中必须解决的一个重要问题,而冲击环境作用下导致微加速度计性能失效是微加速度计经常要面对的主要问题。针对高冲击对微加速度计破坏的影响进行可靠性研究。利用ANSYS有限元仿真进行分析初步得到失效模式和机理,设计并实施了微加速度计在冲击环境下的可靠性强化实验得到在冲击环境下的主要失效模式,并进行了相应分析,通过实验得到数据进行微加速度计的可靠性评估。通过可靠性强化实验进行验证,对微加速度计在冲击环境下的可靠性进行评估,并折算出在冲击影响作用下的平均寿命和可靠寿命以及绘制出其可靠度曲线。     

MEMS高量程加速度传感器压膜阻尼效果分析

为实现一种高量程加速度传感器的近临界阻尼设计以提高其输出性能,采用有限元方法分别研究了阻尼带隙宽度、阻尼介质特性及温度等对器件冲击性能的影响。结果表明:器件冲击响应是受迫振动与悬梁固有振动叠加;随着阻尼带隙变宽,悬梁固有振动渐突显,峰值电压增加;阻尼介质粘滞系数越大,其峰值电压越低;介质温度对器件输出特性影响不大。在常温空气介质中,过载保护曲面平移距离为0.5μm时,阻尼比为0.24,近临界阻尼,输出电压高达77.9mV。     

高量程加速度计横向各向异性响应的自由落杆冲击评估法（英文）

采用自由落杆冲击法对悬臂梁型高量程加速度计(50 000g)的横向响应进行研究。钢杆和铝合金杆作为冲击体与地面上放置的金属钢砧碰撞产生应力波作为激励源,用于表征加速度计的性能,其中加速度计固定在金属杆的顶端。该方法不仅可以测量加速度计敏感轴的灵敏度,同时也可以测试其横向响应。实验表明,加速度计的各向异性响应与加速度计的固有结构和冲击体的直径紧密相关,理论计算与实验结果相一致。     

MEMS及微机械加速度计可靠性研究

由于MEMS器件的应用日益频繁,其可靠性研究就显得十分重要。介绍了引起可靠性问题的原因。以微机械加速度计为例,指出了该加速度计的可靠性问题,以及对其可靠性测试研究的内容。     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

Simulation of the potting effect on the high-G MEMS accelerometer

The package structure of a high-G microelectromechanical systems (MEMS) accelerometer was studied using the finite element method. When the Young’s modulus of the potting resin is E<1 GPa, vibration of the package behaved as vibration of the potting resin at natural frequencies much lower than those of the header. Potting resin with E≥5 GPa was rigid enough and suitable for the potting of the accelerometer. Under a 100,000-G acceleration, the output voltage of the accelerometer decreased slightly (by about 0.1%) with the increase in Young’s modulus or density of the potting resin. The simulated output voltage was close to the analytical solution, well linear with the acceleration applied. The potting effect on the output voltage of the accelerometer could be ignored.     

MEMS加速计的SOIC封装技术研究

文中通过研究MEMS（微机电系统）加速计在SOIC封装（小外形集成电路封装）下的特性,针对MEMS芯片断裂故障的原因分析了影响PPM（百万分比的缺陷率）性能的主要封装工艺步骤。其中感应单元固晶胶的硬度是引起芯片断裂的主要参数,通过反向工程确定了可以同时满足感应单元固有频率和封装可靠性要求的固晶材料。在试验中采用固晶胶E后,MEMS加速计的SOIC封装呈现出更加强韧的特性。此研究对于改善MEMS加速计的PPM性能有一定参考价值。     

MEMS三轴加速度计六位置标定方法的研究

针对本课题组十二位置法测试时间长的问题,提出了MEMS三轴加速度计的六位置标定方法。首先建立了三轴加速度计的输入输出误差模型,然后详细介绍了六位置标定的位置编排和过程,给出了数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值的计算方法,最后通过三轴转台实验验证了六位置标定方法的可行性及模型的准确性。结果表明六位置标定方法简单可行,补偿后精度能够提高1~2个数量级,为其工程实用性奠定了理论基础。     

基于阳极键合干法刻蚀技术的MEMS隧道加速度计的加工及测试

提出了一种基于北京大学硅玻璃键合深刻蚀释放工艺的扩展工艺,用来加工微型隧道加速度计.采用HP4145B半导体分析仪在大气环境下对所加工的器件进行了开环测试,验证了隧道电流的存在以及隧道间隙与隧道电流之间的指数关系.实验结果外推出的隧道势垒的范围为1.182～2.177eV.大部分器件的开启电压在14～16V之间.在-1,0和+1g三种状态下对开启电压分别进行了测试,得到加速度计的灵敏度约为87mV/g.     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

MEMS加速度计在振动环境下的可靠性分析

以电容式MEMS加速度计的悬臂梁结构为研究对象,分析了振动环境下MEMS加速度计的典型失效模式及失效机理;在Miner理论的基础上,引入了应力-寿命曲线,建立了疲劳可靠性模型;在考虑强度退化前提下,基于应力强度干涉理论建立了塑性形变可靠性模型;运用蒙特卡洛法验证了两种可靠性模型的准确性,并分析了模型关键参数对可靠度的影响。结果显示,振动应力水平和材料的屈服强度对可靠度有显著的影响,减小应力幅值,增大屈服强度,可以提高MEMS加速度计的可靠性。     

基于MEMS加速度计的飞行器姿态识别技术研究

研究了一种利用多只低灵敏度的微机电系统（MEMS）重力加速度传感器实现对飞行器姿态识别的方法。通过对MEMS加速度传感器的输出信号进行A／D采样，获得相应的数字信号，并将其送进单片机进行处理，实现对飞行器的仰角和倾角的高精度测量，最终得到飞行器的姿态信息。该方法可实现-180°～＋180°范围内的倾角值测量，即使飞行器在旋转时也能进行实时测量，可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的实时姿态识别。