電子陀螺儀原理與構(gòu)造(編輯修改稿)
2025-07-13 16:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作在沉積于硅晶體的表面膜（如多晶硅、氮化硅等）上，然后使其局部與硅體部分分離，呈現(xiàn)可運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。分離主要依靠犧牲層（Sacrifice Layer）技術(shù)，即在硅襯底上先沉積上一層最后要被腐蝕（犧牲）掉的膜（如SiO2可用HF腐蝕），再在其上淀積制造運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的膜，然后用光刻技術(shù)制造出機(jī)構(gòu)圖形和腐蝕下面膜的通道，待一切完成后就可以進(jìn)行犧牲層腐蝕而使微機(jī)構(gòu)自由釋放出來(lái)。 硅表面微機(jī)械加工技術(shù)包括制膜工藝和薄膜腐蝕工藝。制膜工藝包括濕法制膜和干式制膜。濕法制膜包括電鍍（LIGA工藝）、澆鑄法和旋轉(zhuǎn)涂層法、陽(yáng)極氧化工藝。其中LIGA工藝是利用光制造工藝制作高寬比結(jié)構(gòu)的方法，它利用同步輻射源發(fā)出的X射線照射到一種特殊的PMMA感光膠上獲得高寬比的鑄型，然后通過電鍍或化學(xué)鍍的方法得到所要的金屬結(jié)構(gòu)。干式制膜主要包括CVD（Chemical Vapor Deposition）和PVD（Physical Vapor Deposition）。薄膜腐蝕工藝主要是采用濕法腐蝕，所以要選擇合適的腐蝕液。第三節(jié)、結(jié)合技術(shù) 微加工工藝中有時(shí)需要將兩塊微加工后的基片粘結(jié)起來(lái)，可以獲得復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更多的功能。將基片結(jié)合起來(lái)的辦法有焊接、融接、壓接（固相結(jié)合）、粘接、陽(yáng)極鍵合、硅直接鍵合、擴(kuò)散鍵合等方法。第四節(jié)、逐次加工 逐次加工是同時(shí)加工工藝的補(bǔ)充，常用于模具等復(fù)雜形狀的加工，其優(yōu)點(diǎn)是容易制作自由形狀，可對(duì)非平面加工，缺點(diǎn)是加工時(shí)間很長(zhǎng)，屬單件生產(chǎn)，成本高。包括以下幾種： 逐次除去加工：如用于硅片切割的砂輪加工；細(xì)微放電加工、激光束加工、離子束加工、STM（掃描隧道顯微鏡）加工。 逐次附著加工：如利用離子束CVD技術(shù)，可使僅被照射部分的材料堆積，形成某種結(jié)構(gòu)。 逐次改質(zhì)加工：比如可以利用電子束或激光照射的辦法使基板表面局部改質(zhì)的技術(shù)，它的應(yīng)用有電子束掩膜制作、非平面光刻、局部摻雜等。 逐次結(jié)合加工：比如IC引線焊接、局部粘結(jié)等。第五節(jié)、LIGA工藝 LIGA工藝是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)（工藝流程如圖所示），主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個(gè)工藝步驟。由于X射線有非常高的平行度、極強(qiáng)的輻射強(qiáng)度、連續(xù)的光譜，使LIGA技術(shù)能夠制造出高寬比達(dá)到500、厚度大于1500 μm、結(jié)構(gòu)側(cè)壁光滑且平行度偏差在亞微米范圍內(nèi)的三維立體結(jié)構(gòu)。這是其它微制造技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。LIGA技術(shù)被視為微納米制造技術(shù)中最有生命力、最有前途的加工技術(shù)。利用LIGA技術(shù)，不僅可制造微納尺度結(jié)構(gòu)，而且還能加工尺度為毫米級(jí)的Meso結(jié)構(gòu)。目前,國(guó)內(nèi)新興發(fā)展起來(lái)的使用SU8負(fù)型膠代替PMMA正膠作光敏材料，以減少曝光時(shí)間和提高加工效率，是LIGA技術(shù)新的發(fā)展動(dòng)向。這是,由于LIGA技術(shù)需要極其昂貴的X射線光源和制作復(fù)雜的掩模板，使其工藝成本非常高，限制該技術(shù)在工業(yè)上推廣應(yīng)用。于是出現(xiàn)了一類應(yīng)用低成本光刻光源和(或)掩模制造工藝而制造性能與LIGA技術(shù)相當(dāng)?shù)男碌募庸ぜ夹g(shù)，通稱為準(zhǔn)LIGA技術(shù)或LIGAlike技術(shù)。如，用紫外光源曝光的UVLIGA技術(shù)，準(zhǔn)分子激光光源的LaserLIGA技術(shù)和用微細(xì)電火花加工技術(shù)制作掩模的MicroEDM－。其中，以SU8光刻膠為光敏材料，紫外光為曝光源的UVLIGA技術(shù)因有諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。第六節(jié)、THEMLA工藝流程ST的MEMS工藝采用THEMLA流程，即THick Epitaxial Layer for Micromotor and Accelerometer(微電機(jī)和加速度計(jì)的厚外延層)，它可以分為六個(gè)步驟：生長(zhǎng)一層硅；在硅上生長(zhǎng)氧化層；在氧化層上蝕刻小孔用于生成固定點(diǎn)；在氧化層上生長(zhǎng)15um厚的外延層；進(jìn)行深度蝕刻，形成電容極板；最后移除氧化層，完成機(jī)械部分。四、基于DSP的MEMS陀螺儀信號(hào)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)第一節(jié)、MEMS陀螺儀信號(hào)處理平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)1．信號(hào)處理平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 MEMS陀螺儀信號(hào)的處理平臺(tái)的硬件系統(tǒng)應(yīng)該包括以下幾個(gè)部分：DSP模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，上位機(jī)通信模塊和JTAG調(diào)試接口模塊。 數(shù)據(jù)采集模塊由兩部分組成：6路16位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364和同步時(shí)序控制器FPGA(A3P250VQ100)。FPGA(A3P250VQ100)一方面是控制各個(gè)單元時(shí)序，另一方面是為了對(duì)A／D采集來(lái)的陀螺信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理?！ ∧＃瘮?shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364通過FPGA與DSPVC33相連，采集三軸陀螺信號(hào)?！ SP主要完成對(duì)陀螺信號(hào)的降噪運(yùn)算。陀螺信號(hào)經(jīng)DSP處理后再由SCI接口傳送到上位機(jī)?！ ∠到y(tǒng)設(shè)計(jì)的原理框圖如圖1所示?！ ≡趫D1中三路陀螺模擬信號(hào)經(jīng)過各自的信號(hào)調(diào)理、抗混迭濾波后進(jìn)入多通道A／D轉(zhuǎn)換器，在FPGA的控制下選擇一路信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入FPGA片上FIFO緩存，由DSP讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。同時(shí)FPGA對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器傳過來(lái)的信號(hào)
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