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.
Аунг Тхура
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
1. Тимошенков С.П., Бойко А.Н., Симонов Б.М. Чувствительные элементы МЭМС: технология определяет параметры // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2008. – №1. – С. 80–82.
2. 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.
3. 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.
4. Badariah B., Burhanuddin Y.M. Suspension design analysis on the performance of MEMS area-changed lateral capacitive accelerometer // ICSE Proc. – 2004. – P. 335–339.
5. 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.
6. Dunn D.J. Mechanics of solids-beams. – URL: http://www.freestudy.co.uk/statics/beams/beam%20tut1.pdf (дата обращения: 22.11.2016).
7. Beer F.P., Johnston E.R., DeWolf J.T., Mazurek D.F. Mechanics of Materials. – N.Y.: Sixth Edition. – 2012. – P. 736.
8. Residual stress in a thin-film resonator-3D // MEMS module, Application Library Manual, COMSOL 5.2. – 2015. – P. 325.