微機械梳齒諧振器的設(shè)計與制作.pdf

1、微機械梳齒諧振器實現(xiàn)了機械信號與電信號間的能量轉(zhuǎn)換,能產(chǎn)生較大的諧振振幅。也是微型加速度傳感器、壓力傳感器、氣體流速傳感器、微機械濾波器、微陀螺儀和微直線馬達(dá)等微電子機械產(chǎn)品的核心部分。
　　 本文設(shè)計、制作了一種工作頻率在14KHz的L梁微機械梳齒諧振器。
　　 分析了幾種常見結(jié)構(gòu)微機械諧振器的性能和工藝,提出了L梁梳齒結(jié)構(gòu)的微機械諧振器的設(shè)計方案。通過分析諧振器的工作原理,推導(dǎo)了諧振頻率、靜電驅(qū)動力和位移的表達(dá)式,分

2、析了空氣阻尼對諧振器Q值的影響。通過ANSYS有限元仿真分析得出了L梁結(jié)構(gòu)參數(shù)與一階模態(tài)頻率的關(guān)系。依據(jù)設(shè)計目標(biāo)、工藝約束條件和仿真優(yōu)化結(jié)果確定了諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及微加工條件,設(shè)計了諧振器微加工的工藝流程；利用L-edit軟件設(shè)計了諧振器的三張光刻掩模版圖；采用金屬真空封裝以減少空氣阻尼對諧振器Q值的影響。
　　 針對諧振器樣品,搭建了諧振頻率和連續(xù)工作情況下諧振次數(shù)(壽命)的測試平臺。測試結(jié)果表

3、明:樣品的諧振頻率為13.56KHz,與設(shè)計頻率14KHz相差為2.6％；樣品在連續(xù)工作情況下的諧振次數(shù)(壽命)在108數(shù)量級。
　　 針對工藝引起的諧振器可靠性問題進(jìn)行了仿真分析。包括:深反應(yīng)離子刻蝕工藝造成梳齒與支撐梁側(cè)壁傾斜對驅(qū)動力、諧振頻率和諧振次數(shù)的影響；殘余應(yīng)力和雜質(zhì)不均等因素在支撐梁上產(chǎn)生的微裂紋對諧振器動力學(xué)的影響。當(dāng)梳齒與支撐梁的側(cè)壁向內(nèi)傾斜時,驅(qū)動力、諧振頻率與傾斜角成反比；向外傾斜時,驅(qū)動力、諧振頻率與傾斜