低g值微型加速度开关器件关键技术研究

发布时间：2023-03-04 01:55

　　基于MEMS技术的微型加速度开关器件集信息探测、辨别和控制于一体,可感应外界加速度信号变化或冲击并触发相应电路,具有小体积、低功耗、低成本、高可靠性等特点,广泛应用于武器装备、汽车工业、航空航天、环境监测和智能终端等领域。阈值精度和导通时间是微型加速度开关器件的核心性能参数,论文针对微型加速度开关器件存在的阈值精度低、导通时间短等关键问题开展相关基础理论与关键技术研究,具有重要的科学意义和明确的应用需求。论文基于武器弹药安保系统的应用环境特点和需求,在深入分析微型加速度开关器件研究现状基础上,提出了一种基于触点电极和增强压膜阻尼效应的微型加速度开关器件新结构,建立了基于触点电极的微型加速度开关器件动力学模型;提出了基于空气阻尼效应的冲击响应谱分析方法,分析了微型加速度开关器件的主要性能参数及其影响因素;分析了微型加速度开关器件技术指标,完成了微型加速度开关器件的结构优化设计,形成了相应的优化设计方法;开展了相关关键加工技术研究,研制出了微型加速度开关器件的原理样机;原理样机的阈值加速度为14.2¹6.1g,阈值精度为±1g,响应时间和导通时间分别为0.69ms和4...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微型加速度开关器件简介
    1.3 微型加速度开关器件的研究现状
        1.3.1 提高阈值精度
        1.3.2 延长导通时间
    1.4 研究目标和研究内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 研究内容
    1.5 小结
2 微型加速度开关器件的相关理论研究
    2.1 加速度开关器件运动平衡方程
    2.2 加速度开关器件压膜阻尼特性分析
        2.2.1 雷诺方程
        2.2.2 不可压缩气体的压膜阻尼特性分析
        2.2.3 可压缩气体的压膜阻尼特性分析
        2.2.4 基于稀薄气体效应的压膜阻尼系数修正
    2.3 基于触点电极和增强压膜阻尼效应的微型加速度开关器件新结构
    2.4 基于触点电极的微型加速度开关器件动力学模型
        2.4.1 基于触点电极的微型加速度开关器件动力学模型
        2.4.2 冲击响应谱分析
    2.5 微型加速度开关器件主要性能参数分析
        2.5.1 阈值加速度特性分析
        2.5.2 响应时间分析
        2.5.3 导通时间分析
    2.6 小结
3 微型加速度开关器件的结构优化设计
    3.1 微型加速度开关器件主要技术指标
    3.2 微型加速度开关器件总体优化思路
    3.3 微型加速度开关器件的数值仿真优化
        3.3.1 敏感结构优化
        3.3.2 触点电极表面尺寸优化
    3.4 微型加速度开关器件的有限元仿真优化
        3.4.1 仿真方法
        3.4.2 微型加速度开关器件关键结构尺寸参数优化
    3.5 小结
4 微型加速度开关器件的关键加工技术研究
    4.1 关键加工技术
        4.1.1 ICP干法刻蚀
        4.1.2 阳极键合
    4.2 微型加速度开关器件的工艺流程及掩膜版图设计
        4.2.1 工艺流程设计
        4.2.2 掩膜版图设计
    4.3 小结
5 微型加速度开关器件的性能测试与分析
    5.1 封装管壳选择
    5.2 测试方法研究
    5.3 测试平台搭建
    5.4 测试结果与分析
        5.4.1 阈值加速度
        5.4.2 阈值精度
        5.4.3 响应时间和导通时间
        5.4.4 抗冲击能力
        5.4.5 接触电阻
    5.5 测试结果比较
    5.6 小结
6 结论与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 后续研究工作展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B. 作者在攻读学位期间申报专利情况



本文编号：3753512