MEMS可制造性分析與研究.pdf

1、微機(jī)電(MEMS)器件對(duì)加工工藝具有高度的敏感性，所以，在設(shè)計(jì)之初就考慮工藝偏差對(duì)成品率的影響至關(guān)重要。MEMS可制造性設(shè)計(jì)正是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)補(bǔ)償設(shè)計(jì)技術(shù)降低工藝偏差對(duì)器件成品率的影響，這是提高成品率的關(guān)鍵途徑，是迫切需要解決的問(wèn)題。
　　本文從工藝偏差對(duì)微機(jī)械器件性能造成的具體影響角度出發(fā)，以典型的微機(jī)械器件——固支梁與梳狀諧振器為研究對(duì)象，以有限元仿真與理論推導(dǎo)為手段，分別仿真分析了工藝偏差對(duì)固支梁的諧振頻率、振幅、吸合電

2、壓的影響，以及工藝偏差對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)梳狀諧振器的諧振頻率與振幅的影響。
　　針對(duì)固支梁，本文利用有限元分析的手段，分別從幾何尺寸偏差、DRIE工藝導(dǎo)致的梯形剖面形狀、footing效應(yīng)導(dǎo)致的底部過(guò)刻蝕、TMDE工藝造成的波紋剖面形狀以及各向異性刻蝕中會(huì)出現(xiàn)的圓弧拐角幾個(gè)方面，分析了這些工藝偏差對(duì)固支梁的前五階模態(tài)的頻率、振幅以及吸合電壓的影響。發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度對(duì)固支梁的諧振頻率影響最大，幾何尺寸與過(guò)刻蝕對(duì)振幅影響較大，吸合電壓受厚度影響比較明

3、顯，而固支梁的寬厚比發(fā)生變化時(shí)，會(huì)改變其模態(tài)分布。本文分別修正了在梯形剖面形狀、底部過(guò)刻蝕、波紋剖面形狀情況下固支梁的諧振頻率公式，與有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了公式的正確性。
　　對(duì)于梳狀諧振器，本文從幾何尺寸偏差、DRIE工藝導(dǎo)致的梯形剖面形狀、footing效應(yīng)導(dǎo)致的底部過(guò)刻蝕、TMDE工藝造成的波紋剖面形狀以及力學(xué)參數(shù)誤差的角度出發(fā)，利用有限元仿真，分析了工藝偏差對(duì)梳狀諧振器的諧振頻率、振幅的影響，并分別修正了在梯形剖面

4、形狀、底部過(guò)刻蝕、波紋剖面形狀情況下梳狀諧振器的諧振頻率公式，同時(shí)比較了有限元分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了公式的正確性。研究表明，梳狀諧振器的彈性梁寬度對(duì)諧振頻率影響最大，剖面形狀為梯形形狀時(shí)，對(duì)諧振器的諧振頻率影響亦較大，彈性梁的寬厚比發(fā)生變化時(shí)，影響諧振器的模態(tài)分布。
　　本論文在分析常見工藝偏差形式的基礎(chǔ)上，研究了這些偏差對(duì)器件性能的影響并進(jìn)行了大量的分析計(jì)算，對(duì)有關(guān)計(jì)算理論提出了修正。論文工作為進(jìn)一步開展MEMS可制造性