封装热应力会降低硅微机械陀螺仪性能,为了减小封装热应力,对封装热应力与封装材料之间的关系进行了研究.首先对封装的硅微机械陀螺仪结构进行了简化,建立了有限元模型,仿真并分析了在封装过程中陶瓷基底材料和粘接剂对热应力的影响.仿真结果表明,陶瓷基底和粘接剂的热膨胀系数与硅的热膨胀系数匹配,且粘接剂的杨氏模量较小时,热应力较小.粘接层厚度超过60μm,平面尺寸大于陀螺仪芯片尺寸时,热应力较小.

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.

硅微谐振式加速度计以易于检测的准数字信号作为输出，是微传感器的一个研究热点。提出一种基于一级微杠杆放大机构和DETF谐振器的硅微谐振式加速度计的结构设计，在分析工作机理以及误差来源的基础上阐述硅微谐振式加速度计的设计要点；结合现有加工工艺水平完成整体结构设计；运用MATLAB分析结构参数对性能的影响并对参数进行优化设计；运用ANSYS对加速度计整体结构进行仿真验证。所设计加速度计的谐振频率约29kHz，标度因数为95Hz／g，量程为±50g，其差分输出频率的线性度为0．099％。经研究表明，在加速度计的结构设计中，量程范围要与谐振器原理性误差协调考虑；谐振器振幅不宜过大；在现有加工工艺条件下，谐振器振梁的宽度产生的加工误差最大，对谐振器的性能影响最大。

为了提高硅微谐振式加速度计性能,从一种基于DDSOG（Deep Dry Silicon on Glass）工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,介绍了加速度计的结构、加工方法和接口电路。该谐振式加速度计结构包括敏感质量块、谐振器和微杠杆3部分,采用差动结构来减小共模误差的影响。接口电路中采用了自动增益控制电路来稳定谐振器的振幅,成功实现了谐振器的闭环自激振荡和频率检测。分析了谐振式加速度计频率输出与加速度输入的关系,测试了硅微谐振式加速度计样机性能,结果为量程±50g,标度因数143 Hz/g,零偏稳定性1.2 mg,零偏重复性0.88 mg,阈值170μg。文章最后提出,DDSOG工艺中采用的玻璃材料和硅材料温度系数不同,影响了加速度计的温度特性,因此需要进步一改进加工工艺。

从基于DDSOG（Deep Dry Silicon on Glass）工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,阐述了加速度计中微杠杆结构对惯性力的放大作用,证明了标度因数与系统放大倍数n为正比关系,并以加速度计样机中的单级微杠杆为例,建立了加速度计的理论模型。推导了微杠杆的放大倍数A和轴向刚度K的计算公式,以此为基础导出了加速度计系统放大倍数n的计算方法。依据公式计算得到加速度计样机的系统放大倍数n的理论值为21.820,并用有限元方法对理论值进行了仿真验算,得出n的仿真值为19。最后对加速度样机进行了实际测试,测得加速度计的标度因数为127.33Hz/g,系统放大倍数n为25.466。对所得结果的比较表明,系统放大倍数的理论值与仿真值及实验值的误差分别为14.8%和14.3%,误差在可接受范围内。

对空气阻尼进行定性和定量分析是MEMS器件设计中非常重要的一个步骤，直接影响MEMS器件的动态性能。研究了第三个区域中振动轮式微机械陀螺仪的滑膜阻尼，提出了滑膜阻尼模型，分析了滑膜阻尼的动态性能，包括速度分布、阻尼机制以及由此产生的能量损耗。根据滑膜阻尼分析结果，给出了品质因数的计算公式。试验表明，空气条件下振动轮式微机械陀螺仪品质因数的测试结果与理论值的误差约为16%。研究结果为振动轮式微机械陀螺仪结构设计中定量分析空气阻尼提供了理论依据。

文中介绍了扭摆式硅微加速度计的结构原理和对其进行最大灵敏度优化设计的方法，计算结果表明，对硅微速度计的结构参数进行优化，可以最大限度地提高传感器的性能。