М а т е р и а л ы X В с е р о с с и й с к о й н а у ч н о - п р а к т и ч е с к о й к о н ф е р е н ц и и
321
Основными параметрами, которые требуется определить при
проектировании
МЭМС-акселерометра,
являются
площадь
и
емкостьподвижных и неподвижных обкладок, подвижная масса, собственная
частота, коэффициент демпфирования, напряжение притягивания.
Площадь обкладок и подвижная масса рассчитывается исходя из
геометрических размеров микромеханических структур, а емкость обкладок
определяется по формуле для расчета плоскопараллельного конденсатора.
Собственная частота икоэффициент демпфирования МЭМС-
акселерометра могут быть определены с применением простых аналитических
формул, но для полного расчета необходимо знать механическую жесткость
упругих подвесов.
Упругие элементы, на которых крепится подвижная масса, могут быть
изготовлены прямыми и складчатыми;внешний вид этих типов упругих
подвесов показан на рис. 3.
Рис. 3. Форма механических подвесов
Выбор формы упругого подвеса в основном определяется
технологическими возможностями производственной линии и техническими
требованиями на прибор. Для достижения требуемой чувствительности и
минимизации геометрических размеров упругого подвеса требуется снижать
его ширину, но уменьшение ширины влечет за собой то, что на механические
параметры подвеса значительное влияние начинает оказывать повторяемость
технологического процесса изготовления МЭМС-сенсора (например, АПХТ
кремния). Возрастание ширины упругого подвеса, с целью уменьшения
чувствительности к невоспроизводимости техпроцесса, приводит к
неизбежному возрастанию его длины, это увеличивает размер сенсора. В
качестве оптимизированного может применяться складчатый подвес. В данной
статье более подробно описана конструкция с подвесом складчатого типа, так
как он дает возможность снижения размеров кристалла МЭМС-датчика.
Определение жесткости подвесов при помощи точных аналитических
формул возможнотолько для стандартных форм подвеса. Для усложненных
геометрических форм используются приближенные упрощённые выражения. В
частности, механическая жесткость складчатого подвеса, показанного на рис.4,
Прямой подвес
Инерционная
масса
Инерционная
масса
Складчатый подвес
