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研究生:陳全豐
研究生(外文):Chyuan-Feng Chen
論文名稱:三層多晶矽單次微加速度計之設計、分析與測試
論文名稱(外文):The Design, Analysis and Testing of Three-Layer Polysilicon One Shot Micro Accelerometer
指導教授:邱俊誠邱俊誠引用關係
指導教授(外文):Jin-Chern Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電機與控制工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:微加速度計微加速度開關微慣性開關三層多晶矽微機電微系統微製造單次微加速度計
外文關鍵詞:micro accelerometermicro acceleration switchmicro inertial switchthree-layer polysiliconmicro electromechanical systemsmicro systemmicro machinedone shot micro accelerometer
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本論文探討在三層多晶矽表面微加工製程方法的架構下,設計一著重加速度一次感測的單次微加速度計。本單次微加速度計的設計包括了垂直形式和水平形式兩種,用來當作一微慣性開關使用,此微加速度計用作為加速度的感測開關宛如保險絲應用在電路作電流的檢測般,應用的範圍包含碰撞、地震防震等。論文首先簡單的介紹三層多晶矽表面微加工製程,及光罩設計時需注意的一些設計規範,其次敘述單次微加速度計的運作原理及元件設計,包括彈性結構設計、震動質塊質量選擇等,並且應用模擬工具ANSYS及IntelliCAD來輔助設計及分析特性,包括共振頻率、垂直式設計的平板吸附電壓、靜態特性及動態特性等。最後建構一量測系統來作實驗的測試,包括加速度測試及元件結構強度測試,並且作了單次微加速度計吸附電壓 的測試,實驗的過程裡驗證了所分析的吸附電壓正確性。
This research describes an one shot micro accelerometer based on three-layer polysilicon surface micromachining process. This micro sensor emphasizes the detection of one shot acceleration and two types of design which possess vertical and horizontal motion. One shot micro accelerometer can be used as an impact detection sensor or a seismic switch for the automated shutdown of elevators, industrial machinery, transportation equipment etc. By using finite element analysis software ANSYS, IntelliCAD and mathematical derivations. The static, dynamic characteristics of the sensor like effective spring constant, impact value, resonant frequency, pull-in voltage, transient response time can be easily obtained. Finally, an acceleration measurement system is constructed for the testing of one shot micro accelerometer which includes acceleration testing, structure strength testing and pull-in voltage testing. The pull-in voltage has been verified in this research.
中文摘要................................................. i
英文摘要................................................. ii
誌謝..................................................... iii
目錄..................................................... iv
表目錄................................................... vi
圖目錄................................................... vii
符號說明................................................. xi
第一章 緒論............................................. 1
1.1 發展背景及研究現況.................................. 1
1.2 研究動機與目的...................................... 3
1.3 論文架構............................................ 4
第二章 製程介紹及設計規範............................... 6
2.1 三層多晶矽表面微加工製程介紹......................... 6
2.2 設計規範............................................ 14
2.2.1 規範術............................................ 15
2.2.2 各層規............................................ 17
2.3 總結................................................ 19
第三章 單次微加速度計運作原理及物理特性................. 20
3.1 單次微加速度計製程.................................. 21
3.2 運作原理............................................ 25
3.3 物理特性............................................ 26
3.4 總結................................................ 32
第四章 特性分析......................................... 33
4.1 靜態分析............................................ 33
4.2 共振頻率分析........................................ 39
4.3 暫態行為分析........................................ 41
4.4 總結................................................ 44
第五章 實驗驗證......................................... 46
5.1 量測系統建立........................................ 46
5.2 吸附電壓測試........................................ 49
5.2.1 吸附程度判定...................................... 51
5.3 垂直式設計測試...................................... 55
5.4 水平式設計測試...................................... 57
5.5 結論................................................ 58
第六章 結論............................................. 59
參考文獻................................................. 61
附錄一................................................... 63
附錄二................................................... 70
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