Конструкторско-технологические основы создания микроэлектромеханических датчиков ускорения

• Автор: Сан Мин Наинг
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание

Список сокращений

Введение
1 Анализ и разработка конструкций существующих микромеханических датчиков ускорения

1.1 Особенности конструкций существующих чувствительных элементов

микромеханических датчиков ускорения

1.2 Разработка конструкции чувствительного элемента микромеханического

датчика ускорения маятникого типа

1.2.1 Разработка системы съема сигнала чувствительного элемента

1.2.2 Исследование влияния параметров среды на выходные параметры

1.2.3 Исследование влияния геометрических размеров торсиона на

параметры ММДУ
1.2.4 Исследование влияния смещения центра масс ЧЭ на параметры
1.2.5 Исследование влияния геометрических параметров кремниевых
пластин на параметры
1.3 Разработка конструкции чувствительного элемента микромеханического
датчика ускорения гребенчатого типа
1.3.1 Расчет собственных частот чувствительного элемента
1.3.2 Статический анализ чувствительного элемента
1.3.3 Расчет номинальных значений емкостей чувствительного элемента
1.4 Выводы к главе
2 Технологические процессы изготовления микромеханических датчиков ускорения
2.1 Анализ методов сложнопрофильного формирования чувствительных
элементов микромеханических устройств
2.1.1 Анализ процессов глубокого жидкостного анизотропного травления
кремния
2.1.2 Технология объёмной микрообработки
2.1.3 Технология поверхностной микрообработки
2.1.4 Технология LIGA

2.1.5 Изготовление микромеханических элементов с использованием метода сращивания
2.1.6 Процессы сухого травления
2.2 Глубокого травление кремния методом плазмохимического травления
2.2.1 Экспериментальные методы диагностики и мониторинга плазменных технологий травления кремния и других материалов
2.2.2 Оборудование и методика проведения экспериментов
2.2.3 Зондовые измерения в аргоновом разряде
2.2.4 Зондовые измерения в разряде
2.3 Выводы
3 Монтаж чипа микромеханического датчика ускорения в корпус
3.1 Корпусирование чипа методом клеевого соединения
3.2 Корпусирование чипа методом пайки
3.3 Исследование и разработка процессов герметизации элементов микромеханики
3.3.1 Герметизация в металлостеклянном корпусе пайкой припоем
3.3.2 Герметизация в металлостеклянном корпусе лазерной сваркой
3.3.3 Герметизация в стеклянном корпусе
3.4 Выводы к главе
4 Оценка работоспособности ЧЭ ММДУ
4.1 Методика оценки работоспособности
4.2 Результаты оценки работоспособности
4.3 Методика исследования
4.4 Результаты исследования
Заключение
Литература
А Предварительный технологический регламент изготовления ЧЭ ММДУ
В Фрагмент маршрутного листа операции глубокого травления кремния
С Описание технологии изготовления ЧЭ ММДУ
Б Схема электрическая принципиальная микросхемы первичной обработки сигнала
Е Расчет емкости выходного сигнала
Р Текст программы оценки основных параметров ММДУ
в Пошаговая инструкция но сборке ММДУ
Акты внедрения

Список сокращений
КНИ - кремний на изоляторе.
ИС - интегральная схема.
МСТ - микросистемная техника.
МЭМС - микроэлектромеханические системы. В общем случае включаю с свой состав чувствительный элемент и электронную часть обработки сигнала.
КЭ - кремниевый элемент.
Роторный элемент (кристалл) — кремниевая подвижная часть чувствительного элемента. ЧЭ - микромеханический элемент, выполняющий функцию выделения полезного сигнала. ММЭ - кристалл, соединенный с.о стеклом.
АТ - анизотропное траление.
ММДУ -микроэлектромеханический датчик ускорения ММДС - микроэлектромеханический датчик скорости.
АСМ - атомно-силовая микроскопия.
Каро - химический раствор, имеющий в составе серную кислоту и перекись водорода. КТЛР - коэффициент термического линейного расширения.
УП - усилитель-преобразователь.
ПХТ - плазмо-химическое ("сухое") травление.
ЖХТ - жидкостное химическое травление.
РИТ - реактивное ионное травление.
ЧИП - чистое производственное помещение.

Рисунок 1.23. Фрагмент модели чувствительного элемента ММДУ
гарантией отсутствия резонансных эффектов при типовых внешних воздействиях (с частотами до 2кГц).
1.3.2 Статический анализ чувствительного элемента
Статический анализ проводился для модели ЧЭ ММДУ (рисунок 1.24) в предположении линейности деформаций подвеса ЧЭ. Расчет показал, что относительное смещение ЧЭ при действии силы тяжести вдоль оси чувствительности составляет 0.06мкм/§.
1.3.3 Расчет номинальных значений емкостей чувствительного элемента Эквивалентная схема ЧЭ ММДУ показана на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24. Эквивалентная схема ЧЭ ММДУ
Емкости С и С-г образуются как сумма индивидуальных емкостей соответствующей гребенчатой структуры. Каждая структура содержит 30 отдельных емкостей. Отдельная емкость гребенки ЧЭ показана на рисунке 1.
Для каждой гребенки ЧЭ ММДУ можно записать: