MEMS惯性器件敏感电容结构相关温度漂移特性仿真

基于MEMS器件的微型惯导系统的精度和MEMS惯性器件的全温稳定性具有很高的相关性.MEMS结构相关的温度漂移主要来自材料之间的热失配应力,工艺引入的应力,以及封装应力等.而相关应力在MEMS结构中的分布以及所造成的应变又和MEMS结构具有一定相关性.通过ANSYS有限元分析软件建立了多种MEMS惯性器件常用梁-质量块结构的FEM模型,具体包括悬臂梁结构、双端固支梁结构、L形梁结构、对角支撑梁结构.通过热-力耦合仿真,研究了热失配应力在上述结构中的分布以及所产生的结构变形.对比分析了不同芯片粘胶形式,包括中心粘胶、三点粘胶、整片粘胶对上述MEMS结构引入的封装应力以及其全温(-40℃～60℃)温度漂移特性.此外,还分析研究了不同衬底厚度对MEMS结构封装应力的隔离效果.     

MEMS加速度计温度漂移仿真分析

温度漂移是影响高精度、高稳定性MEMS加速度计整体工作性能的关键参数。采用有限元方法,建立了三种不同材料组合的MEMS"三明治"加速度计三维结构模型,开展热-应力耦合场仿真分析,并通过提取加速度计差动电容变化量及其变化率对温度漂移进行量化表征。结果显示,以带有薄层玻璃的单晶硅圆片作为器件盖板及衬底,并以其薄玻璃层作为绝缘层是最优的加速度计材料组合。进一步分析表明,盖板及衬底厚度达到500μm,加速度计差动电容变化率曲线趋于稳定,继续增大盖板及衬底厚度对于优化温度漂移性能无显著作用,研究结果为高性能MEMS加速度计设计提供了技术支撑。