力平衡式三轴微机械加速度计的研究与设计

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1、Y987704分类号]卫丝垄密级重庆邮电大学硕士学位论文论文题目力平衡式三轴微机械加速度计的研究与设计(题名和副题名)英文题目StudyandDesignofaThree-axisF—orceBalancedMicro-mechanicalAccelerometer硕士研究生送呈指导教师渣直到耋蕉学科专业微电子学与固体电子学论文提交日期论文评阅人答辩委员会20-／,，f-)矗论文答辩日期)“Z．；．占翁遗噬蠡盘童应盔叠至施到盘查垂童盘控眩蟹主席蕊乏拿矍籀煎。童查叁差2006年5月22日重庆邮电大学硕士论

2、文摘要基于MEMS技术的微机械加速度计，与传统的加速度计相比，具有许多独特的优势和广阔的应用前景。本文以三轴力平衡闭环微加速度计为研究对象，对其结构和加工工艺进行研究和设计，具体包括以下几方面：1．对微加速度计的基础理论和检测原理进行了系统的研究。2．根据设计任务和性能指标要求，确定微加速度计的总体设计方案，并建立了参数化的结构模型。在检测原理上，微加速度计采用全差分电容检测和静电力闭环系统，叉指电容与平板电容相结合，共同实现对三个正交检测轴向线加速度的检测。在结构上，加速度计采用玻璃一硅一玻璃“三明治

3、”式总体结构，利用单一检测质量实现单芯片三轴集成。采用动指和静指不等厚度的叉指电容结构，有利于改善XOY平面内敏感轴的灵敏度。在检测质量上刻蚀阻尼孔阵列，能够改善加速度计系统的动态性能。3．根据力平衡式三轴微加速度计结构模型，对灵敏度、分辨率、工作量程等重要的加速度计特性进行分析和计算，并进一步探讨了加速度计三轴灵敏度一致性优化条件、敏感轴交叉耦合的优化条件以及加速度计系统的稳定性条件。4．有限元分析。利用ANSYS软件对微加速度计结构进行模态分析、静力分析、热分析以及静电一结构耦合分析，根据有限元分析

4、结果，对结构参数进行调整，实现优化设计。5．加工工艺的研究与设计。结合加速度计结构特点和性能指标要求，采用体微细加工技术，制定相应的工艺流程。整个工艺流程主要包括硅片工艺、玻璃工艺、组合工艺以及深度刻蚀与结构释放工艺四部分。采用ICP深刻蚀技术可以获得大厚度的检测质量和高深宽比的微结构。关键词：微机电系统，微机械加速度计，闭环系统，灵敏度，有限元分析，优化设计，微细加工技术重庆邮电大学硕士论文摘要AbstractMicro．mechanicalaccelerometerbasedonMEMShasmor

5、eadvantagesandwiderapplicationsthantraditionalones．Athree-axismicroaccelerometerwithforcebalancefeedbackisdesignedinthisdissertation．nlemainstudyfocusonthedesignofstructureandfabricationtechniquesofthedesignedmicroaccelerometer,includingthefollowings：1．1

6、11ebasictheoriesanddetectionprinciplesonmicro·mechanicalaccelerometerarestudied．2．ThedesignschemeofthemicroaccelerometeriSconfmnedandthemodelofthemicroaccelerometerissetupbasedonthedesigntasksandperformancerequirements．111estructureofthemicro．mechanicaIa

7、ccelerometeriSSO—calledsandwich,byanodebondingbetweenglasssubstrateandsiliconwafer．11lemonolithicthree．．axismicro．，mechanicalaccelerometersystemconsistsoffourfoldedspringsandasingleproofmass．whosepositionisobservedeapacitively．nlcthreeorthogonalcomponent

8、softheaccelerationvectorcanbedetectedbyfullydifferentialcapacitorsystem．111einterdigitalcapacitanceisthesensitiveelementaswellasexecutiveelement．TheaccelerationcomponentsofX—axisandY-axisin-planefiredetectedbycombfingersca