电磁式微机械陀螺结构设计与工艺研究

论文摘要

微机械陀螺仪与传统陀螺仪相比具有体积小、易量产、成本低等特点,在汽车导航等民用领域以及惯性制导等军事用途中应用广泛。微机械陀螺仪的芯片加工是其核心,因此研究陀螺仪的芯片设计和加工工艺具有非常重要的意义。本论文研究了一种电磁式振动环微陀螺仪的结构设计与工艺实现。首先分析了电磁式陀螺仪的工作原理,提出电磁式振动环微机械陀螺仪的具体结构形式。通过有限元方法对陀螺仪进行了模态分析、抗高过载分析、电刚度分析、Coriolis效应分析,确定了其结构参数。然后介绍了陀螺仪加工所涉及的主要MEMS工艺,并对加工流程和工艺进行研究,设计了整套加工流程并确定了工艺参数。最后对陀螺仪芯片进行了性能测试。这些研究成果为电磁式振动环微机械陀螺仪芯片的完善提供了一些设计和加工经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 国内外发展动态
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 振动环式微机械陀螺仪的结构设计
• 2.1 微机械陀螺工作原理
• 2.2 陀螺仪结构设计理论建模
• 2.2.1 电磁式陀螺仪结构的引出
• 2.2.2 有限元模态理论
• 2.2.3 Coriolis效应理论
• 2.3 陀螺仪结构的有限元分析
• 2.3.1 模态分析
• 2.3.2 电刚度分析
• 2.3.3 抗冲击载荷分析
• 2.3.4 Coriolis效应分析
• 2.4 小结
• 第三章 电磁式陀螺仪工艺研究
• 3.1 MEMS工艺概述
• 3.1.1 衬底材料的选择
• 3.1.2 净化和清洗
• 3.1.3 氧化
• 3.1.4 光刻
• 3.1.5 金属化：溅射和蒸发
• 3.1.6 硅深反应离子刻蚀
• 3.1.7 湿法刻蚀
• 3.2 振动环式微机械陀螺仪工艺实现
• 3.2.1 工艺方案制定
• 3.2.2 硅片清洗
• 3.2.3 氧化与氮化
• 3.2.4 沉积电极
• 3.2.5 硅片背面减薄
• 3.2.6 深刻蚀
• 3.2.7 划片与压焊
• 3.3 工艺实现与有限元实现的比较
• 3.3.1 工作频率及抗冲击性分析
• 3.3.2 测量角速度分析
• 3.4 小结
• 第四章 总结
• 4.1 工作总结
• 4.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况