微半球谐振陀螺的工艺优化与结构测试.pdf

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1、学校代码：10286分类号：V241.5密级：公开UDC：681学号：152697微半球谐振陀螺的工艺优化与结构测试研究生姓名：徐磊导师姓名：夏敦柱申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称仪器科学与技术论文答辩日期2018年6月4日二级学科名称智能仪器及微系统技术学位授予日期2018年6月日答辩委员会主席郝学元评阅人盲审盲审2018年6月4日硕士学位论文微半球谐振陀螺的工艺优化与结构测试专业名称：仪器科学与技术研究生姓名：徐磊导师姓名：夏敦柱本论文获国家自然科学基金（6522000051）项目资助PR

2、OCESSOPTIMIZATIONANDSTRUCTURALTESTOFMICROHEMISPHERICALRESONATORGYROSCOPEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYXULeiSupervisedbyAssociateProfessorXIADunzhuSchoolofInstrumentScience&EngineeringSoutheastUniversityA

3、pril2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万

4、方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要微半球谐振陀螺仪（μHRG）作为MEMS器件研究领域的热门方向，以其体积小、精度高、功耗低、使用寿命长及批量化生产的优点，已经成为国内外科研单位的重点

5、。本文围绕微半球谐振陀螺仪的能量耗散和频率裂解机理展开仿真分析和结构设计，以设计实际加工工艺流程和优化具体方案步骤为重点，加工制备高品质因数的微半球谐振陀螺仪。首先，对微半球谐振陀螺仪国内外的研究情况介绍展开，对国内外科研单位提出的各种形式的微半球谐振陀螺仪以及相关的工艺方法进行阐释，明确课题的研究价值与研究意义，为微半球谐振陀螺仪的建模仿真、结构设计和工艺设计提供有益的借鉴与参考价值。其次，介绍了微半球谐振陀螺仪的工作原理，通过基希霍夫-李雅夫假设建立数学模型并求解微半球谐振子的运动方程和进动特性；详细介绍了微

6、半球谐振陀螺仪两种工作模式，包括位置激励和参数激励，为后续工作提供理论基础。第三，阐释了微半球谐振陀螺仪各种能量耗散形式与频率裂解机理，通过ComsolMultiphysics仿真软件，详细分析了微半球谐振子材料对热弹性阻尼的影响，以及微半球材料、结构参数对支撑损耗的影响；通过对引起模态频率裂解方式的数学模型推导和求解，为后续微半球谐振陀螺仪的结构设计提供仿真基础。第四，设计了两种结构形式的微半球谐振子，通过ANSYS软件进行谐响应分析，确定微半球谐振陀螺仪的结构设计方案。对加工微半球谐振子过程中可能遇到的各种形

7、式的结构误差的仿真分析，包括微半球壳薄膜厚度误差、微半球壳唇沿圆度误差、微半球壳球度误差、支撑柱高度误差和偏心误差，为设计完整的加工工艺流程提供理论指导。最后，设计了完整的加工工艺流程，研究重点为微半球模子加工制备，以及如何优化改进具体的工艺步骤。研究SF6各向同性干法刻蚀和HNA各向同性湿法刻蚀的对比。通过大量试验与结构测试，改进了两种方案的工艺参数，实现了微半球模子加工质量的显著提高。根据实际材料的加工制备特点，对比分析薄膜沉积工艺、玻璃吹塑成型工艺和喷灯法三种微半球谐振子的加工方法，最终选择采用薄膜沉积多晶

8、硅并原位掺杂工艺制备微半球壳。另外，优化改进了微半球谐振子与圆周电极引线的接出方式，简化了具体工艺步骤，并降低了工艺难度和成本。设计了圆周电极与微半球谐振子的组装方案。关键词：微半球谐振陀螺仪（μHRG），能量耗散，频率裂解，工艺优化，结构测试IAbstractAbstractMicrohemisphericalresonantgyroscope（μHRG）hasbeco