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一种MEMS加速度计的动力学特性测试研究

作者:2017-10-05 00:32:13阅读:文章来源:
研究MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)器件的动力学特性对促进MEMS的产业化发展有重要的意义。本课题采用实验物理学的方法,设计和制作了一种电容式MEMS加速度计,搭建了 MEMS加速度计测试平台,分别使用电测法和光测法对该MEMS加速度计的动力学特性进行了测试研究。该研究成果将会对研究MEMS器件的设计、加工制作及其动态特性的测试方法起到一定的推动作用。论文的工作从以下四个方面展开:首先设计了 "双端四梁"结构的电容式MEMS加速度计,使用牛顿力学建立了该MEMS加速度计的模型并分析了其刚度、阻尼、固有频率等参数,并在ABaqus有限元分析软件中进行了相关参数的仿真验证。然后采用光刻、显影、剥离、磁控溅射、干法刻蚀等微纳加工技术,完成加速度计微结构加工制造;并完成了器件的测试准备工作。其次搭建了 MEMS加速度计动态特性测试平台,该平台可以维持、调节并显示器件所处环境的温度和气压,是研究外界环境变化对MEMS加速度计动力学特性影响的实验台。最后将制作的MEMS加速度计放置于动态特性测试平台内,采用压电片对加速度计进行激振,调节器件所处环境的温度和气压大小,并使用激光多普勒测振仪对MEMS加速度计的动力学特性进行测试研究。测试结果表明气压对该加速度计的动力学特性有很大的影响,也符合基于牛顿力学建立的该加速度计模型。
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第一章 绪论8-20
  • 1.1 课题背景简介8-9
  • 1.2 MEMS加速度计发展和应用现状9-15
  • 1.3 国内外MEMS动力学特性测试的研究现状15-18
  • 1.4 论文的研究内容和意义18-20
  • 第二章 MEMS加速度计的设计及其性能参数的计算、仿真20-30
  • 2.1 加速度计振动分析20-23
  • 2.2 加速度计刚度、固有频率分析23-25
  • 2.3 加速度计阻尼分析25-26
  • 2.4 加速度计有限元仿真分析26-28
  • 2.5 本章小结28-30
  • 第三章 MEMS加速度计的制作工艺研究30-39
  • 3.1 MEMS加速度计的结构和版图设计30-32
  • 3.1.1 MEMS加速度计的结构设计30-31
  • 3.1.2 MEMS加速度计的版图设计31-32
  • 3.2 MEMS加速度计的工艺流程设计32
  • 3.3 MEMS加速度计的制作工艺32-38
  • 3.3.1 硅片的准备32
  • 3.3.2 上电极Cu的制作32-34
  • 3.3.3 刻蚀34-36
  • 3.3.4 下电极W的制作36
  • 3.3.5 键合36-37
  • 3.3.6 焊接引线37-38
  • 3.4 本章小结38-39
  • 第四章 MEMS加速度计动力学特性测试平台的搭建39-45
  • 4.1 测试平台的搭建39-43
  • 4.1.1 测试平台的设计标准39-40
  • 4.1.2 测试平台的搭建40-43
  • 4.2 本章小结43-45
  • 第五章 MEMS加速度计的动力学特性测试分析45-57
  • 5.1 测试原理及方法45-47
  • 5.2 电测法测试47-48
  • 5.3 激光多普勒测试分析48-55
  • 5.3.1 常温常压下加速度计的动力学特性测试分析48-50
  • 5.3.2 变气压下加速度计的动力学特性测试分析50-54
  • 5.3.3 变温度下加速度计的动力学特性测试分析54-55
  • 5.4 本章小结55-57
  • 第六章 结论与展望57-59
  • 6.1 主要结论57
  • 6.2 研究展望57-59
  • 参考文献59-64
  • 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文64-65
  • 致谢65

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