一种新型硅微加速度计的设计与制造工艺研究

分类号 TP212.1

U D C

学号 09030039 密级 公 开

工学硕士学位论文

一种新型硅微加速度计的

设计与制造工艺研究

硕士生姓名

学科专业

研究方向

指导教师

吕 宇 机械工程 微机电系统与微纳器件 崔红娟 副教授

国防科学技术大学研究生院

二〇一一年十一月

一种新型硅微加速度计的设计与制造工艺研究国防科学技术大学研究生院

Design and Fabrication of a Novel Silicon

Micro-accelerometer

Candidate：Lv Yu

Advisor：Cui Hongjuan

A dissertation

Submitted in partial fulfillment of the requirements

for the degree of Master of Engineering

in Mechanical Engineering

Graduate School of National University of Defense Technology

Changsha，Hunan，P.R.China

November，2011

目 录

摘 要 .................................................................................................................. i ABSTRACT......................................................................................................... ii

第一章 绪论 ........................................................................................................ 1

1.1 课题的研究背景与意义 ................................................................................ 1

1.2 国内外研究现状 ............................................................................................ 2

1.2.1 国外微加速度计研究现状 .................................................................. 2

1.2.2 国内微加速度计研究现状 .................................................................. 6

第二章 加速度计结构设计................................................................................... 8

2.1 加速度计的整体结构设计 ............................................................................ 8

2.1.1 硅-玻璃结构的确定 ........................................................................... 8

2.1.2 梁-质量块结构的选择........................................................................ 9

2.1.3 片上匹配电容结构的考虑 ................................................................ 10

2.2 加速度计的力学模型及仿真....................................................................... 11

2.2.1 开环加速度计的灵敏度 .................................................................... 11

2.2.2加速度计的频率响应 ........................................................................ 14

2.3 结构参数的确定 .......................................................................................... 16

2.4 本章小结 ..................................................................................................... 20

第三章 加速度计的制作工艺 ............................................................................. 21

3.1 主要工艺流程 .............................................................................................. 21

3.1.1 梁-质量块加工工艺 ......................................................................... 21

3.1.2 玻璃衬底加工工艺 ........................................................................... 23

3.2 工艺中的关键问题 ...................................................................................... 25

3.2.1 双面梁制作的一般方法 .................................................................... 26

3.2.2 三角形截面梁的腐蚀工艺 ................................................................ 27

3.3 本章小结 ..................................................................................................... 31

第四章 电容检测电路设计................................................................................. 32

4.1 信号检测电路方案 ...................................................................................... 32

4.1.1 电路类型的确定 ............................................................................... 32

4.1.2 载波的类型与驱动方式 .................................................................... 33

4.2 电路模块的设计 .......................................................................................... 36

4.2.1 差分放大模块设计 ........................................................................... 36

4.2.2 解调和移相模块设计 ....................................................................... 40

4.2.3 末端低通滤波模块设计 .................................................................... 42

4.3 影响电路性能的因素 .................................................................................. 44

4.3.1 移相电路的精度 ............................................................................... 44

4.3.2 电荷放大器不一致 ........................................................................... 45

4.4 本章小结 ..................................................................................................... 46

第五章 加速度计的性能测试与误差分析 ........................................................... 47

5.1 重力场静态翻滚试验 .................................................................................. 47

5.1.1 测试方法 ........................................................................................... 47

5.1.2 测试结果 ........................................................................................... 47

5.2 非线性度 ..................................................................................................... 49

5.2.1 变间距检测的理论非线性 ................................................................ 49

5.2.2 测试结果 ........................................................................................... 50

5.3 零偏稳定性 ................................................................................................. 51

5.4 误差分析 ..... …… 此处隐藏：17988字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……