基于Parylene封裝的“棒棒糖式”MEMS矢量水聽器.pdf

1、由中北大學(xué)自主研制的仿魚類側(cè)線系統(tǒng)的MEMS矢量水聽器，結(jié)合了MEMS技術(shù)和仿生學(xué)原理，在水聲探測中表現(xiàn)出良好的性能，如矢量檢測特性，尺寸小和價格低廉等優(yōu)點。基于前人的研究工作，該傳感器的封裝和接收靈敏度是傳感器研究至關(guān)重要的問題：減少封裝對頻率響應(yīng)特性的影響，提高傳感器的接收靈敏度。
　　為了消除聚氨酯透聲帽對諧振頻率的干預(yù)和減少粘滯硅油對諧振頻率的影響，提出了Parylene薄膜封裝的仿海豹胡須式MEMS矢量水聽器（WIVH）

2、，用于拓寬頻率響應(yīng)的帶寬和改善頻率響應(yīng)的特性。Parylene均勻保形地沉積在整個傳感器表面，取代現(xiàn)有仿魚類側(cè)線系統(tǒng)封裝技術(shù)，即聚氨酯透聲帽和粘滯硅油封裝。頻率響應(yīng)是水聽器設(shè)計過程中的一個關(guān)鍵因素，本文主要通過建模和表征證實WIVH對頻率響應(yīng)特性的優(yōu)化。根據(jù)聲壓梯度原理，分析聚氨酯透聲帽共振峰對頻率響應(yīng)的影響，并證明WIVH是一個標(biāo)準(zhǔn)的聲壓梯度型矢量水聽器，在線性區(qū)域中，頻率響應(yīng)曲線隨著頻率按照6dB/倍頻程增量變化。此外，分析了流體和

3、Parylene膜之間的相互作用和Parylene封裝后結(jié)構(gòu)振動性能的變化。通過諧振頻率和頻率響應(yīng)測試得到，相對于仿魚類側(cè)線系統(tǒng) MEMS矢量水聽器（LLIVH）的帶寬而言，WIVH頻率帶寬可以提高兩倍；Parylene薄膜封裝對于傳感器的頻響特性幾乎沒有影響。
　　在封裝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本文通過增大傳感器信號接收區(qū)的表面積，實現(xiàn) MEMS矢量水聽器接收靈敏度的大幅度提高。球形低密度復(fù)合材料與纖毛集成可極大地提高信號接收區(qū)表面積，該

4、結(jié)構(gòu)稱為“棒棒糖式”微結(jié)構(gòu)。首先建立了“棒棒糖式”MEMS矢量水聽器（LVH）接收靈敏度的數(shù)學(xué)模型，分析傳感器微結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布模型，并可以通過ANSYS仿真得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對靈敏度的影響關(guān)系。MEMS矢量水聽器通過Parylene薄膜淀積實現(xiàn)絕緣封裝。通過仿真驗證了Parylene封裝對于傳感器靈敏度幾乎沒有影響，可以適量提高傳感器的諧振頻率。最后，表征實驗結(jié)果表明，接收靈敏度可以達(dá)-173.6dB（500Hz0dB@1 V/μPa），