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微机械陀螺仪的封装研究

李亚山  
【摘要】:微机械陀螺仪的封装问题是关系其实用化的主要因素之一。通过调研及分析国内外微机械陀螺及其封装的发展现状,本论文对北京大学设计的Z轴微机械音叉陀螺进行器件级真空封装研究以及对该陀螺做性能测试分析。 论文分析了微机械陀螺的结构和工作原理,同时讨论了真空封装能提高微机械陀螺灵敏度,减小阻尼误差的相关理论,通过理论研究和实验分析相结合,采用了真空冷压焊技术,确定了真空封装微机械陀螺的驱动端品质因数Q与封装腔内的气压近似反比关系,提供了一种测试MEMS微小封装内真空度的方法。 考虑到封装应力对器件性能的影响,本文从粘接胶、基底材料与器件的杨氏模量、热膨胀系数等方面对陀螺的谐振频率的影响做仿真分析和试验,得到采用胶1和陶瓷基底的封装形式使得封装应力最小。同时,对器件的封装热应力分析,得到分散空气泡对器件的热阻最小,并提出一种产生分散空气泡的贴片方法。此外,对封装好的微机械陀螺做了性能测试,得到封装腔内气压为600Pa,驱动谐振频率为9065.32Hz,Q值为432.27,标度因数为2.61mv/deg/s,非线性为0.424%,不对称度为0.545%,零偏值为13.04deg/s。


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