1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2017-22-3-276-284681.586Микро- и наносистемная техникаStudy on Rigidity Coefficient of Silicon Beams of Micromechanical Resonance AccelerometersИсследование коэффициента жесткости кремниевых балок микромеханических резонансных акселерометровТимошенков Сергей ПетровичТимошенковСергей ПетровичTimoshenkovSergey P.Sergey P. TimoshenkovNational Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia276284http://ivuz-e.ru/en/issues/3-_2017/issledovanie_koeffitsienta_zhestkosti_kremnievykh_balok_mikromekhanicheskikh_rezonansnykh_akselerome/http://ivuz-e.ru/en/download/3_2017_1740_en.pdf

When designing MEMS accelerometers, it is necessary to provide the high sensitivity of the instrument, which is directly related to the amplitude of deflection of the inertial mass under the acceleration effect. The inertial mass increase results in the sensor sensitivity increase. The results of the calculation of the spring constant of the micro-mechanical accelerometer folded beam have been presented. The modeling using the ANSYS program, confirming the calculation results, has been performed. The use of the folded beams having compact sizes permits to increase the efficiency of the resonator operation, to achieve greater displacement in direction of the acceleration and stability of the inertial mass in other directions, taking into account the flexibility and rigidity in different directions.

При создании микромеханических резонансных акселерометров необходимо обеспечить высокую чувствительность прибора, которая непосредственно связана с амплитудой отклонения инерционной массы под действием ускорения. Увеличение инерционной массы приводит к повышению чувствительности датчика. Использование различных подвесов обеспечивает высокую чувствительность датчика при малых размерах инерционной массы. Представлена математическая модель прямоугольной складчатой кремниевой балки микромеханического резонансного акселерометра, получено соотношение для определения коэффициента жесткости складчатой пружины, применяемой в ряде конструкций микромеханических датчиков, приведены результаты расчета ее параметров. С помощью программы ANSYS проведено моделирование складчатой балки, подтвердившее результаты расчета. Результаты расчета коэффициента жесткости складчатой балки сравниваются с данными из других источников. Учет остаточного напряжения (до 100 МПа) показал снижение деформации балки на 2,92-3,7 % в зависимости от ориентации кремния. Использование складчатых балок компактных размеров позволяет повысить эффективность работы резонатора, добиться большего смещения в направлении воздействия ускорения и стабильности положения инерционной массы в других направлениях, учитывая гибкость и жесткость в разных направлениях.

 Тимошенков С.П., Бойко А.Н., Симонов Б.М. Чувствительные элементы МЭМС: технология определяет параметры // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2008. – №1. – С. 80–82.Балансировка кремниевых датчиков угловой скорости в процессе изготовления / С.П. Тимошенков, Б.М. Симонов, О.М. Бритков и др. // Изв. вузов. Электроника. – 2015. – Т. 20. – № 1. – С. 58–67.Area minimization of a three-axis separate mass capacitive accelerometer using the ThELMA process / A. Briffa1, E. Gatt, J. Micallef et al. // EuroCon., 2013 (1–4 July 2013, Za-greb, Croatia). – Zagreb, 2013. – Р. 2094–2099.Badariah B., Burhanuddin Y.M. Suspension design analysis on the performance of MEMS area-changed lateral capacitive accelerometer // ICSE Proc. – 2004. – P. 335–339.Wai-Chi W., Azid A. A., Majlis B.Y. Formulation of stiffness constant and effective mass for a folded beam // Arch. Mechl. – 2010. – Vol. 62. – N. 5. – P. 405–418.Dunn D.J. Mechanics of solids-beams. – URL: http://www.freestudy.co.uk/statics/beams/beam%20tut1.pdf (дата обращения: 22.11.2016).Beer F.P., Johnston E.R., DeWolf J.T., Mazurek D.F. Mechanics of Materials. – N.Y.: Sixth Edition. – 2012. – P. 736.Residual stress in a thin-film resonator-3D // MEMS module, Application Library Manual, COMSOL 5.2. – 2015. – P. 325.