MEMS及MCM中柔性铰链的设计与制造

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侵彻武器能侵彻掩体、摧毁敌方地下深层指挥中心,在现代战争中发挥着十分重要的作用。侵彻武器的引信系统精度影响攻击效果,高g微加速度传感系统又影响引信系统精度,因此高g微加速度传感系统的研制意义重大,可装备于某重大型号钻地弹中,解决我军武器装备需求,提高我国国防实力。本论文来源于“十一五”军事预研项目“高g微阵列加速度传感系统”。根据高g微阵列加速度传感器试验过程中发现的问题和新的技术指标要求,论文从三个部分对柔性连接技术展开研究。第一部分,根据微系统设计中的尺度效应,对四种形状的柔性铰链进行力学分析,推导出它们各自绕z轴转动刚度的简化计算公式,分析柔性铰链各设计参数对转动刚度的影响程度、适用场合及微加工工艺;根据MEMS的精度要求,分别采用普通优化设计方法和模糊优化设计方法,对柔性铰链各设计参数进行优化设计,并比较、分析两种方法的优缺点,为MEMS中柔性铰链的设计和应用提供一定的依据。第二部分,根据MEMS中柔性铰链设计分析结果,传感器试验中发现的问题以及所要到达的技术指标要求,利用微电子产品的MCM理论和MEMS微制造工艺,提出高g加速度传感系统中多芯片柔性连接方案,设计柔性连接的加工工艺流程,包括金薄膜制造工艺、折弯技术、驱动方式选择等。第三部分,对获取高g加速度信号的微悬臂梁和系统多芯片连接引线进行力学分析和有限元仿真。由仿真与实验测试结果分析比较可知,梯形悬臂梁和柔性连接引线均能承受2.0×10~5g冲击,即传感系统能达到测试2.0×10~5g要求。该方案不仅解决高g微阵列加速度传感系统无焊接引线连接问题,也为MEMS中多芯片连接、高密度组装提供一种新的可行的途径。
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