微半球諧振陀螺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)航器件在民用設(shè)備中的大量使用和微型化需求，以及傳統(tǒng)半球諧振陀螺儀自身所展現(xiàn)出來(lái)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得微半球諧振陀螺儀(μHRG)已經(jīng)成為MEMS傳感器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文從減小微半球陀螺儀的頻率裂解和降低能量損耗兩個(gè)方面對(duì)提高微半球諧振陀螺儀的品質(zhì)因數(shù)(Q)進(jìn)行了深入的分析，為制備高品質(zhì)因數(shù)的微半球諧振陀螺儀奠定了基礎(chǔ)。
　　首先，對(duì)微半球諧振陀螺儀的研究背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的闡

2、述，為微半球諧振器的結(jié)構(gòu)建模和加工工藝提供了借鑒，為微半球諧振陀螺儀的設(shè)計(jì)拓寬了思路。
　　其次，對(duì)微半球諧振陀螺儀的幾種主要的建模方法進(jìn)行比較，并利用基于基?；舴虬肭蛑C振子數(shù)學(xué)模型對(duì)微半球諧振器的進(jìn)動(dòng)特性和諧振頻率進(jìn)行了分析;分析了球殼材料的密度、彈性模量不均勻和球殼的半徑不均勻的四次諧波對(duì)頻率裂解的影響，為減小微半球諧振器的頻率裂解提供了理論指導(dǎo)。
　　第三，對(duì)微半球陀螺儀的各種能量損耗機(jī)理進(jìn)行了分析，包括熱彈性阻尼、支

3、撐損耗、壓膜阻尼、表面損耗等，闡述了品質(zhì)因數(shù)和能量損耗之間的關(guān)系;采用數(shù)學(xué)建模的方式，對(duì)熱彈性阻尼進(jìn)行了粗略的預(yù)測(cè)，接著使用COMSOL軟件仿真分析了球殼的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的微半球諧振器的熱彈性阻尼、支撐損耗的影響，為降低微半球諧振陀螺儀的能量損耗奠定了基礎(chǔ)。
　　第四，利用ANSYS有限元仿真軟件對(duì)四種常見(jiàn)的球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)和諧響應(yīng)仿真，確定其固有頻率和頻率裂解;接著對(duì)內(nèi)外球面不對(duì)稱(chēng)誤差、球殼和支撐柱的中心不對(duì)稱(chēng)以

4、及在球殼表面沉積金屬導(dǎo)電層引起的頻率裂解進(jìn)行了仿真分析，確定引起頻率裂解的主要因素;在此基礎(chǔ)上，提出了一組微半球諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料。
　　最后，對(duì)微半球諧振器的加工工藝進(jìn)行了介紹和比較分析;接著比較了三種不同加工微半球模子的工藝，并分別利用HNA溶液和SF6氣體進(jìn)行了初步的試驗(yàn)加工;對(duì)基于硅—玻璃晶圓級(jí)封裝工藝和基于SOI的晶圓級(jí)封裝工藝進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)提出了基于SOI封裝的組裝式微半球諧振陀螺儀的加工工藝，繪制了相應(yīng)