Разработка конструкций и технологий изготовления микроэлектромеханических приборов в герметичном исполнении

• Автор: Бритков, Олег Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 235 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОМЕХЛНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
1.1. Основные разновидности микроэлсктромеханических приборов и систем и области их применения

1.1.1. Разнообразие ассортимента МЭМС

1.1.2. Назначение и разновидности инклинометров

1.1.3. Микромеханические датчики давления ММД

1.1.4. Планарные микродвигатели

1.2. Актуальные технологические проблемы разработки и изготовления МЭМС

1.2.1. Особенности технологии изготовления МЭМС

1.2.2. Травление в технологии изготовления МЭМС

1.2.3. Реализация трхмерных структур

1.3. Контроль и измерения параметров и характеристик МЭМС
1.4. Выводы
1.5. Постановка задач диссертационной работы Глава 2. КОНСТРУКТОРСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
СЛОЖНО ФУНКИОНАЛБНЫХ МИКРОПРИВОДОВ СФМ
2.1. Анализ основных типов конструкции подвижной части СФМ
2.2.Требования к СФМ и расчт геометрических параметров подвижной части, необходимых для их обеспечения
2.3. Конструкция образца СФМ
2.3.1. Роторный узел макетного образца СФМ
2.3.2. Статорная пластина макетного образца СФМ
2.3.3. Обеспечение необходимого зазора между роторным узлом
и статорной пластиной
2.4. Задачи, решаемые при разработке технологии изготовления СФМТ
2.5. Технологические погрешности изготовления подвижной части СФМ
2.5.1. Погрешности методического типа.
2.5.2. Погрешности инструментального типа
2.6. Исследование и разработка технологии выполнения операций сборки и
монтажа СФМ
2.6.1. Специфика сборки и монтажа СФМ.
2.6.2. Совмещение и фиксация деталей СФМ
2.6.3. Методы соединения деталей МЭМС. Анодное сращивание
2.6.4. Методы соединения деталей МЭМС
2.7. Технология изготовления деталей макетных образцов СФМ
2.8. Разработка и обоснование алгоритма выполнения технологического процесса сборки и монтажа СФМ
2.9. Сборка, монтаж и герметизация образцов СФМ
2.9.1. Посадка чипа в корпус методом клеевого соединения
2.9.2. Посадка чипа в корпус методом пайки
2.9.3. Посадка чипа в корпус
2.9.4. Герметизация СФМ
2 Разработка перспективной конструкции СФМ
. Статорная пластина
. Прокладка
. Роторный элемент
2 Проверка работоспособности, контроль параметров и характеристик образцов СФМ
. Анализ контролируемых параметров СФМ
. Разработка устройства для контроля основных параметров и
характеристик СФМ
. Контроль параметров и характеристик СФМ
. Разработка устройства контроля внутренних параметров СФМ.
2 Изготовление макетных образцов СФМ и проверка их работоспособности
. Проверка работоспособности СФМ
. Проверка работоспособности оптическим методом 1
.Метод проверки работоспособности СФМ по внутренним параметрам
. Проверка работоспособности макетных образцов СФМ
2 Выводы
Глава 3. МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ,
УГЛОВОЙ СКОРОСТИИ И ИНКЛИНОМЕТРЫ
3.1. Микроэлектромеханические вибрационные гироскопы
3.2. Влияние эксплуатационных факторов на параметры ММВГ
3.2.1. Исследование влияние давления на добротность ЧЭ ММВГ
3.2.2. Влияние температуры на собственную частоту колебаний гироскопа
3.2.3. Исследование параметров ММВГ
3.2.4. Исследование изменение добротности с течением времени
загерметизированных образцов ММВГ с геггером во внутренней полости.
3.3. Микромеханические акселеромечры ММА
3.3.1. Моделирование конструкции подвесов чувствительных элементов
3.3.2. Анализ влияния внешних статических механических возмущений на значения максимального напряжения в торсионах микроакселерометра с сечением различной конфигурации.
3.3.3. Расчет параметров чувствительных элементов микроакселерометров
3.3.4. Расчет углов отклонения чувствительного элемента акселерометра
3.3.5. Конструкция микромеханического акселерометра
3.3.6. Совершенствование конструкции ММА
3.3.7. Анализ влияния газового демпфирования на параметры ММА
3.4. Кольцевой микромеханический гироскоп
3.4.1. Расчт геометрических размеров ЧЭ ММГ кольцевого типа
3.4.2. Конструкция КМГ
3.5. Исследование характера изменения ТКР стекла ЛК5 в зависимости от температуры
3.6. Использование травления для формирования чувствительных элементов микромеханичсских устройств
3.7. Исследование свойств гидрогенизированных образцов кремния методами ИК спектроскопии
3.8. Совершенствование технологии изготовления ММА и КМГ
3.8.1. Технология изготовления ММА
3.8.2. Технология изготовления КМГ
3.9. Изготовление образцов ММА и КМГ
3.9.1. Изготовление образцов ММЛ
3.9.2. Изготовление образцов КМГ
3 Применение микромеханических акселерометров в изделиях микросистемой техники
3 Микромеханический инклинометр
3 Выводы
4. МИКРОМЕХЛНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ ММД
4.1. Разработка конструкции экспериментальных образцов ММД давления
4.1.1. Выбор материалов для изготовления ММД
4.1.2. Основные тапы датчиков давления, принципы измерения давления и обоснование выбора конструкции разрабатываемого датчика.
4.1.3. Особенности конструкции разработанного датчика давления.
4.2. Разработка технологических процессов изготовления ММД давления
4.2.1. Особенности технологии изготовления ММД.
4.2.2. Использование групповых процессов обработки пластин в технологии ММД
4.2.3. Сборка и монтаж деталей конструкции ММД давления
4.4. ВЫВОДЫ
Заключение
Список литературы


Выпускаемые московской фирмой ООО Микросенсорные технологии, приборы, изображенные на рис. В целом охватывается угловой диапазон . Рис. В табл. С. Для работы в расширенном диапазоне температур . С следует использовать инклинометры, в обозначении которых имеется дополнительная буква Т. Электронный блок инклинометра питается от однополярного источника напряжения в диапазоне 5. В, потребляя при этом ток от 5 мА до мА в зависимости от напряжения питания. Его электрические параметры таковы допускаются пульсации питающего напряжения до 0 мВ, выходной сигнал однополярное или двухполярнос постоянное напряжение, лежащее в пределах от 0 . В до 0 . В или от 0 . В до 0 . В с сопротивлением нагрузки от ЮкОм, напряжение пульсации на нагрузке менее 0. Р3 Габариты электронного преобразователя вписываются в размеры xx1 Омм или ФЗбхЮмм. В настоящее время получили распространение инклинометры с выходом по напряжению в мсталлостеклянных корпусах, имеющих прижимное кольцо, последнее позволяет фиксировать датчик в любом нужном угловом положении. Таблица 1. Порог чувств ИТ. Линейность, 00 0. Повторяемость 0, град. Постоянная времени прибора, сек 0. Темп. Темп. С 0. Диапазон рабочих температур, С . Диапазон рабочих температур для модификации Т,С . Инклинометры с токовым выходом изготавливают, в основном, в пластмассовых корпусах, они могут использоваться в тяжелых условиях эксплуатации и выдерживать удары до 1 в любом направлении. При испытании на прочность в течение 4х часов датчики выдерживают ООО ударов с пиковым ускорением . В тех случаях, когда целесообразно использовать специальные корпуса, инклинометры могут поставляться в бсскорпусном исполнении рис. Для инклинометров, выпускаемых фирмой ЗАО Росприбор, характерно, что при изменении угла наклона, пропорционально изменяется и сигнал на выходе датчика . Выходной сигнал может быть аналоговым по току, по напряжению или цифровым Я5 2 или Я. Дальнейшая обработка сигналов поступающих с выхода датчиков производится в различного рода измерительных приборах, управляющих системах и т. Сам принцип работы инклинометра основан на воздействии гравитационного поля Земли на его чувствительный элемент. Если контролируемый объект не находится в статическом состоянии, то показания датчика являются результатом совместного воздействия вектора земной гравитации и всех векторов ускорения и вибрации, которые на данный объект воздействуют. Все датчики наклона можно условно разделить на три основные группы, это одноосевые ось X, двухосевые оси X и У и грхосевые оси Х,У и Ъч в табл. Рис. Таблица 1. Измер. Температная стабильность 0,1С 0,2С шах 0, ирог. Раб. С Ю. С . С . С Ю. Хартср завти нанр. Выход 0,3. V 0,3. V 0. V 0. V 4. А 0,3. V 0. V 0. Напряж. УОС 5,1. УОС . УБС 8. УПС 5,1. Харки Высокая Диап. Диап. Диап. ПО и, малые размеры. I или ПО и. Рис. Рынок микросистем интенсивно развивается. В США, Европе и Японии созданы национальные и международные организации, объединяющие исследователей, разработчиков, производителей и потребителей микросистем. В проектах создания микросистем участвуют в США 0 в Германии 0 организаций из них 0 члены ассоциации ЛМО в других странах Западной Европы 0 X . Производство МЭМС в передовых, технически развитых странах организуется на уже существующих и вновь создаваемых предприятиях. Например, в Финляндии фирмами i США и i ФРГ создано совместное предприятие для производства до млн. Западные эксперты считают, что, несмотря на прогнозируемый годовой рост производства микросистем в среднем на , потенциальные возможности развития микросистемной техники остаются очень большими . Микросистемы могут использоваться и самими предприятиями для повышения технологического уровня производства, например для мониторинга технологических процессов. В России в рамках целевой научнотехнической программы Микросистемы, микромашины и микророботы широкого применения регулярно проводятся научнотехнические конференции. Образовано представительство ассоциации X. Ученые и специалисты из РАН, высшей школы и отраслевых НИИ осуществляют разработки и изготовление приборов высокого уровня.