LTCC微机械差分电容式加速度计关键技术研究

发布时间：2019-10-10 18:48

【摘要】：加速度计是测量载体运动过载或振动加速度的仪表,是导航、制导以及运动状态监测系统中最基本的敏感元件之一,在航空航天、武器装备、钻探设备、高端民用消费类、汽车电子等相关领域中有着重要的应用。低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic,简称LTCC)技术是实现电子设备小型化、高密度集成化的主流封装/组装集成技术,可适用于耐高温、耐受恶劣环境下的特性要求。本文研究了以LTCC为结构材料设计、制作的微机械差分电容式加速度计,该器件是微惯性器件/力学传感器技术、系统级封装基板技术相结合的产物,可三维集成。本文对LTCC微加速度计的关键技术进行了重点研究,包括LTCC差分电容式加速度计的结构设计、仿真分析、加工工艺和高精度电容检测等。在结构设计上利用各种数值仿真工具,探索了影响加速度计敏感性、非线性、动/静态响应特性等性能参数的各种因素。在LTCC工艺上开发了完整的加工流程,创新性的采用先烧结后键合的方法攻克LTCC大面积空腔结构制作难题,突破了技术瓶颈。在电信号互连方面利用LTCC的高密度多层布线优势减小了互连线的长度和削弱了相关耦合寄生电容。在电容检测方面采用传感器与电容检测集成芯片二次集成的方式解决了分立式检测电路所引起的噪声大、电路复杂等问题。本文搭建了加速度计传感器测试平台,对所制作的Z型LTCC差分电容式加速度计进行性能测试和地面环境试验。该加速度计精度达2mg,量程为±10g,标度因数为30.65mV/g,零偏值2.0065(g),二阶非线性系数4 28.97 10(g g)-?。因此基于LTCC的微加工及其MEMS技术,有望成为现有主流硅基技术的重要补充,在某些特殊应用中甚至可望取代硅基技术,而且具备在同一条LTCC封装线上同时完成微加工、微组装和三维集成的潜力,相应的微器件或组件可以方便地集成智能电路和通信功能,构成物联网的传感节点,服务于从制造业、航空航天到智能家居、消费类电子等广阔的应用与市场空间。
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4

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本文编号：2547280