微機械梳齒諧振器的設計與制作.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換,能產生較大的諧振振幅。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等微電子機械產品的核心部分。
　　 本文設計、制作了一種工作頻率在14KHz的L梁微機械梳齒諧振器。
　　 分析了幾種常見結構微機械諧振器的性能和工藝,提出了L梁梳齒結構的微機械諧振器的設計方案。通過分析諧振器的工作原理,推導了諧振頻率、靜電驅動力和位移的表達式,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梁結構參數(shù)與一階模態(tài)頻率的關系。依據(jù)設計目標、工藝約束條件和仿真優(yōu)化結果確定了諧振器的結構參數(shù)。
　　 根據(jù)結構參數(shù)以及微加工條件,設計了諧振器微加工的工藝流程；利用L-edit軟件設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。測試結果表

3、明:樣品的諧振頻率為13.56KHz,與設計頻率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行了仿真分析。包括:深反應離子刻蝕工藝造成梳齒與支撐梁側壁傾斜對驅動力、諧振頻率和諧振次數(shù)的影響；殘余應力和雜質不均等因素在支撐梁上產生的微裂紋對諧振器動力學的影響。當梳齒與支撐梁的側壁向內傾斜時,驅動力、諧振頻率與傾斜角成反比；向外傾斜時,驅動力、諧振頻率與傾斜