粘接工艺对电容加速度计封装应力的影响

为了提高电容式加速度计的输出性能,更好地消除粘接工序引起的封装应力,文中对加速度计的可动结构进行了合理的简化,通过有限元分析对加速度计在工况下的应力场和芯片翘曲进行了模拟仿真,系统分析了粘接材料特性、粘接工艺参数以及应力过渡层结构对可动结构处的应力和翘曲变形量的影响。结果表明：粘接材料的杨氏模量对封装应力影响较大,当杨氏模量大于10⁹ Pa时,封装应力会出现陡增的现象;在满足粘接强度要求下,采用中心粘接方式,可以较好地降低封装应力;粘接胶层厚度在140μm附近时,封装应力达到最低,为5 MPa;添加应力过渡层,调整应力过渡层材质以及上下胶层的软硬程度也可以进一步消除封装应力。     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。     

一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型硅微加速度计

提出了一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计,用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件.该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8根悬臂梁支撑.这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控,保证了结构的对称性.该加速度计的谐振频率为2.08kHz,品质因子Q为21.4,灵敏度为93.7mV/g.     

MEMS压阻式三轴加速度传感器的双路循环电桥检测法

A cycle bridge detection method, which uses a piezoresistive triaxial accelerometer, has been described innovatively. This method just uses eight resistors to form a cycle detection bridge, which can detect the signal of the three directions for real time. It breaks the law of the ordinary independent Wheatstone bridge detection method, which uses at least 12 resistors and each four resistors connected as a Wheatstone bridge to detect the output signal from a specific direction. In order to verify the feasibility of this method, the modeling and simulating of the sensor structure have been conducted by ANSYS, then the dual cycle bridge detection method and independent Wheatstone bridge detection method are compared, the result shows that the former method can improve the sensitivity of the sensor effectively. The sensitivity of the x, y-axis used in the former method is two times that of the sensor used in the latter method, and the sensitivity of the z-axis is four times. At the same time, it can also reduce the cross-axis coupling degree of the sensor used in the dual cycle bridge detection method. In addition, a signal amplifier circuit and adder circuit have been provided, Finally, the test result of the ＂eight-beams/mass＂ triaxial accelerometer, which is based on the dual cycle bridge detection method and the related circuits, have been provided. The results of the test and the theoretical analysis are consistent, on the whole.     

一种用于MEMS电容式加速度计的116dB动态范围CMOS读出电路

A high stability in-circuit reprogrammable technique control system for a capacitive MEMS accelerometer is presented. Modulation and demodulation are used to separate the signal from the low frequency noise. A low-noise low-offset charge integrator is employed in this circuit to implement a capacitance-to-voltage converter and minimize the noise and offset. The application-specific integrated circuit （ASIC） is fabricated in a 0.5 /μm one-ploy three-metal CMOS process. The measured results of the proposed circuit show that the noise floor of the ASIC is -116 dBV, the sensitivity of the accelerometer is 66 mV/g with a nonlinearity of 0.5%. The chip occupies 3.5×2.5 mm2 and the current is 3.5 mA.     

光纤惯组的第二级温控系统算法设计与仿真

由于光纤惯性测量组合对温度的敏感性,故需采用温控系统对惯组的温度进行控制以保证温度敏感器件的精度和稳定性。为了获得更好的控制效果,本文采用两级温控方案,重点针对光纤惯性测量组合温控系统的第二级温控系统进行加热方案的论证,对光纤陀螺和加速度计进行热仿真分析,优化温度控制方案,并提出用遗传算法优化模糊PID控制器的量化因子和比例因子,由此优化控制规则和隶属度函数。仿真结果表明,这种算法能够获得比常规模糊PID控制更好的控制效果,大大改善了系统的性能。     

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%.     

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%.     

介观压阻型硅锗加速度计研究

提出以介观压阻效应为工作原理制作高灵敏度压阻式硅锗加速度计,采用Si1-xGex/Si结构薄膜作为敏感元件,设计了一个双悬臂梁式的压阻武硅锗加速度计,通过理论分析与仿真计算,得出通过调整对该结构的外加应力可以实现对传感器灵敏度的调节,而且利用介观压阻效应原理可以将压阻式硅微加速度计的灵敏度提高一个数量级的结论,为设计新型压阻式硅微加速度计提供了一种思路.     

多功能惯性器件及其加速度计部分的实验分析

既能感测载体的角运动，又能感测其线加速度的多功能惯性器件是惯性技术界十分感兴趣的。对于大角速率动调陀螺仪．若把压电敏感元件安装在陀螺仪限动器上，可构成大角速率多功能惯性器件。利用大角速率动调陀螺仪陀螺电机中特有的信号检测线圈，便于加速度信号的拾取。该文介绍了器件的工作原理、信号检测与处理及在不考虑陀螺仪部分时，线加速度计的测试结果。利用两个这种器件，即可构成满足大机动捷联惯导系统要求的惯性测量部件。