基于變面積電容傳感的大量程MEMS加速度計加工工藝研究.pdf

1、MEMS加速度計因為體積小、重量輕、功耗小、易集成、成本低等特點在近些年得到了飛速的發(fā)展，在消費電子領(lǐng)域已獲得了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，以滿足慣性導(dǎo)航、航空航天等高端領(lǐng)域應(yīng)用需求的高精度MEMS加速度計依然是研究熱點。本文旨在設(shè)計并制作基于變面積式電容傳感的高精度MEMS加速度計表頭，目標(biāo)量程達(dá)到±15g，本底噪聲小于10μg/√Hz。
　　本文的加速度計表頭采取了常見的“三明治”結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過對傳統(tǒng)加速度計的傳感模型以及變面積電容位移

2、傳感模型的理論分析，基于最終的研制目標(biāo)，設(shè)計獲得了加速度計包括彈簧-振子結(jié)構(gòu)以及電容傳感陣列的主要結(jié)構(gòu)尺寸。最終設(shè)計出來的加速度計表頭的機械熱噪聲6ng/√Hz，量程±16g。ANSYS靜力學(xué)仿真分析以及模態(tài)仿真分析對本征頻率及量程兩個主要參數(shù)進(jìn)行了驗證，模擬結(jié)果符合我們的理論設(shè)計。
　　在此基礎(chǔ)上，針對加速度計表頭的“三明治”結(jié)構(gòu)，本文對各單元的功能以及單元上的功能層進(jìn)行了設(shè)計，并給出了加工制作流程。流程總體上包含24個大步驟，

3、涉及鍍膜、剝離、光刻和刻蝕等多種微加工工藝。本文重點介紹了整個流程中多次使用的光刻和刻蝕工藝，并給出了經(jīng)過多次優(yōu)化后的最終的詳細(xì)工藝加工流程及最終的加工結(jié)果。
　　最后對我們加工出來的完整加速度計表頭結(jié)合外接檢測電路進(jìn)行了測試，并通過對檢測結(jié)果的分析對加速度計的設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，最終實現(xiàn)了加速度檢測功能，分辨率達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。其中，根據(jù)測得的本征頻率及Q值推知加速度計表頭的等效加速度機械熱噪聲小于10ng/√Hz，滿足我們本底噪聲<