提供mems陀螺封装应力和温度变形的最新技术

sensor 2021是一个著名的国际会议，回顾了固态传感器、驱动器和微系统的进展。在今年的会议上，共有来自29个不同国家的391篇论文，700多名与会者出席。在会议期间，一个特别的陈述引起了我的注意。ADI研究员兼模拟器件高级MEMS技术总监Sam Zhang作了题为“高性能MEMS的高保真建模”的报告。

模拟器件一直是MEMS传感器及其封装之间交互建模的先驱，早在2007年就开始发表这方面的出版物[1]。他们已经使用联合换能器和封装建模作为基础，他们的工作与基于MEMS的，高性能的传感器数年。从那时起，他们已经改进了他们的技术来支持非常复杂的分析。

在他的演讲中，Sam描述了Analog Devices如何通过将封装应力耦合到他们的多物理传感器模型中，来模拟封装应力对陀螺仪性能的影响。这些模型使用的技术与Coventor[2]在之前的出版物中讨论的技术类似。这是一个动态的、迭代的建模过程，在这个过程中，模拟设备工程师模拟由封装应力引起的设备偏移(和其他性能测量)。Sam指出:“动态模拟非常复杂，因为它是一个双向耦合系统。”实际上，由于陀螺仪及其封装的机械和静电耦合，封装变形会以多种方式影响MEMS器件。

图1:Courtesy, Sam Zhang, Analog Devices

为了模拟封装应力的影响，Analog建立了传感器的非线性、多物理动态模型微机电系统+^®. 利用该模型，他们通过有限元分析将静态封装变形应用于整个MEMS传感器，并观察陀螺仪输出偏移量的变化。这种类型的分析始于设计师充分了解其设备的材料特性和潜在工艺变化。一旦建立了MEMS器件的模型，设计师就可以将环境条件（如温度变化）应用于封装，并模拟封装应力，并将其与性能变化关联起来。在该分析中，模拟器件设计者使用了小信号和大信号交流分析以及瞬态分析技术。在这些研究中，传感器不同部分的测量规模差异很大，从几微米的谐振器位移到数百纳米的衬底，再到几皮米的传感器信号测量。设计的这些尺寸特性需要支持具有严格动态范围和高信噪比的高精度传感器。

使用有限元建模软件对基于MEMS的陀螺仪进行交流和瞬态仿真在计算上可能非常昂贵，因为需要以大自由度模拟模型中的许多元素。微机电系统+使用简化订单模型，操作速度比传统有限元模型快100倍，使其更适合这些复杂的动态模拟。在他的演讲中，Sam指出:“实际上，通过这种技术，我们真的成功地模拟了陀螺仪和加速度计在温度和压力下的偏移性能。”

本演示提供了一个模拟复杂封装和温度变形效应的极好示例，以及如何使用微机电系统+。Analog Devices是MEMS设备的主要制造商之一，生产业界最精确的传感器，其产品在全球范围内使用。我很欣赏他们在2021年传感器大会上的演讲，并希望在即将到来的日本京都2023年传感器大会上听到更多关于他们未来成功的信息。bob娱乐官网入口

了解更多关于如何对MEMS惯性传感器及其封装之间的相互作用进行建模。

参考资料：

1. 张欣、朴承培和迈克尔·W·朱迪。“通过测量和传感器-封装相互作用模拟准确评估MEMS传感器的封装应力影响”，《微电子机械系统杂志》16.3（2007）：639-649。
2. A.家长，C.J.Welham，T.Piirainen，A.Blomqvist，模级封装三轴MEMS陀螺仪性能的热力模拟惯性传感器与系统，卡尔斯鲁厄，德国