谐振式MEMS压力传感器封装和仪表研究

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1、圆幽中国科学院大学Universi钾ofChineseAcademyofSciences一硕士学位论文谐振式MEMS压力传感器封装和仪表研究研究所：2013年5月ResearchonPackagesandInstrumentforResonantMEMSPressureSensorByJianZhangAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInstitut

2、eofElectronics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子学研究所或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均己在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：专茯百建日期：ⅫI弓．6。6关于学位论文使用权的说明本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论

3、文的规定，其中包括：①电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②电子所可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③电子所可允许学位论文被查阅或借阅；④电子所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤电子所可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：豸佐／f建日期：沙一、6、(翩签名：丑张蹶如／泓多摘要谐振式MEMS压力传感器具有精度高、功耗低、稳定性好、准数字信号输出等优点，广泛应用于气象探测、农业生产、工业控制、航空航天等领域。本文围绕一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器，主要对其真空封装、低

4、应力组装、闭环检测电路、性能测试和仪表进行了研究。首先理论分析了谐振梁固有频率和动力学特性，得出一种采用检测速度谐振频率的检测方式，阐述了处于恒定磁场中谐振梁的电磁激振、磁感应拾振的检测原理，分析了传感器真空封装和组装固定的应力问题，提出了BCB黏合键合的正面真空封装与机械紧固的组装方法。其次，根据传感器芯片的结构和尺寸，结合MEMS加工工艺设计了玻璃封装盖帽结构，并基于MEMS技术，优化了PYI也X7740玻璃封装盖帽的加工工艺参数，采用非光敏BCB树脂材料在低温条件下实现了传感器芯片与PYREX7740玻璃的黏合键合真空封装；选择可伐合金材料金属管座作为支撑装置

5、，设计了一种机械紧固方法完成了传感器芯片与金属管壳的低应力组装，有效降低了传感器的温度系数，并提高了传感器的工作稳定性。在原有闭环检测电路基础上，设计了精密半波整流和带通滤波电路，提高了传感器检测信号的信噪比和闭环电路的工作稳定性。搭建了传感器测试平台，系统测试了传感器的开环和闭环特性。测试结果表明传感器整体性能良好：封装后传感器具有较高的O值(9455)，传感器检测范围500～1100hPa，灵敏度为9．6Hz／hPa，满量程最大非线性度为0．08％；在．40。C～50℃内传感器温度系数为O．9Hz／℃；传感器开机稳定后差频输出最大漂移小于0．005％F．S．；对

6、比分析了不同封装和组装方式的传感器温度特性和零点长时稳定性。基于传感器和相关测试数据，进行了谐振式压力传感器仪表的研究。提出了一种高精度、快响应的频率精确采集方法，采用STCl2C5A60S2单片机作为系统处理器，搭建系统硬件电路并在Keil．C开发平台进行软件编程，完成了传感器仪表的初样机。关键词：谐振式MEMS压力传感器，真空封装，低应力组装，闭环电路，传感器仪表谐振式MEMS压力传感器封装和仪表研究AbstractResearchonPackagesandInstrumentforResonantMEMSPressureSensorTheresonantMEM

7、Spressuresensorhasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasmeteorologicaldetection，agriculture，industrialcontrolandaerospaceduetotheadvantagesofhighprecision，lowpowerconsumption，excellentstabilityaswellasquasi-digitalsignaloutput．BasedonaresonantMEMSpressuresensorwithelectromagneticexcitation