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5.1 總結

以下會由設計、製程及量測三個部分的結果來做一個總結。

5.1.1 設計

在設計的部分,我們完成加速規尺寸的設計以及懸吊的模擬分析。並且成功 利用對稱式線圈型懸吊,讓雙軸加速規的兩軸共振頻率完全相等,而達到兩軸彈 簧常數值相等,即靈敏度會相等。而我們在最佳的感測懸臂設計尺寸(懸吊長度 168um、寬度 3um)下,配合差動對數目,可以得到結構設計的靈敏度達到 1.7fF/G,

且頻寬約可達到 1kHz。

5.1.2 製程

製程方面,實現以厚度達 4um 的多晶矽當作結構,完成其製作與懸浮;而 將感測懸臂的固定端放在靠近感測質量塊內部,的確可以達到補償殘留應力的效 果。且藉由退火製程,讓結構之殘留應力減到最小,並完成退火製程與殘留應力 資料庫的建立。最後利用測試的感測懸臂建立抗側向以及基底沾黏的設計規則,

只要照這個設計規則來做結構的尺寸設計即可避免沾黏。

5.1.3 量測

利用白光干涉儀量測出結構的翹曲量,進而得知結構的殘留應力,並可計算

Motion Analyzer (MMA)量測雙軸加速規兩軸之共振頻率,並成功驗證對稱式懸 吊雙軸彈簧常數值相等。而為了更進一步比較對稱以及非對稱式懸吊,使用懸吊 測試結構來量測,可以得到以下結論:非對稱懸吊雙軸彈簧常數差異隨製程誤差 而越大;對稱式懸吊雙軸則可完全相等,且不受製程誤差的影響。

5.2 未來工作

這邊一樣分為設計、製程、量測三部分來討論。

首先為設計方面,會在雙軸加速規之懸吊系統與感測懸臂配置做改進以及作 最佳化的設計,並且開始設計三軸加速規。

製程方面,會繼續調整退火製程參數以讓殘留應力更接近於零,來得到最大 的感測面積;並且在抗沾黏部分會嘗試使用 Vapor HF 的蝕刻方法以及其他方法 如在結構表面塗上一層低表面能的物質來改進沾黏的現象。

量測的方面,則會著手進行加速規結構體的訊號量測,這部分可能採用 MC1496 這個乘法器 IC 來做解調電路來量測結構輸出之電性。在整合電路製作 後,則會量測產品的一些規格,例如:靈敏度、耦合度、非線性度、解析度、雜 訊梯度、動態範圍。最後是經過封裝後,會再去做一次量測,量測最後產品的規 格。

參考文獻

[1] WTC, http://www.wtc-consult.com/english/mems-microsystems/

[2] Analog Device Inc., http://www.analog.com

[3] Wolfgang Kuehnel,, “A Surface Micromachined Silicon Acclerometer with On-Chip Detection Circuitry,” Sensors & Actuators A 45, 1994, p.7-16

[4] Stephen D. Senturia, “Microsystem Design,” Kluwer Academic Publishers, Boston, 2001, p.520-523.

[5] F. Rudolf, A. Jordon, J. Bergqvist and H. Leuthold, “Precision Accelerometer with ug Resolution”, Sensors & Actuators, A21-A23, 1990, p.297-302.

[6] Crist Lu, Mark Lemkin, and Bernhard E. Boser, “A Monolithic Surface Micro- machined Accelerometer with Digital Output,”IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol. 30, No. 12, 1995.

[7] Timothy J. Brosnihan, James M. Bustillo, Albert P. Pisano, Roger T.Howe,

“Embedded Interconnect and Electrical Isolation for High-Aspect-Ratio, SOI Inertial Instruments,” In : Technical Digest of the 9th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators; Transducers, 1997, p.637-640.

[8] Tracy Hudson, Sherrie Holt, Paul Ruffin, Jim McKee, Michael Whitley, Michael Kranz, Eric Tuck, “Embedded Interconnect and Electrical Isolation for High-Aspect-Ratio, SOI Inertial Instruments,”IEEE,2006.

[9] Huo Luo, Gang Zhang, L. Richard Carley and G. K. Fedder, “A Post-CMOS

Systems, Vol 11, No.3, June 2002.

[10] Howard R. Samuel, David C. Holloncher, Michael Judy, Thor Juneau, “Reducing Offset in Accelerometers,” US-Patent No.6892576, May 17 2005, filed July 18 2003.

[11] Haidar Ahmad, Asim J. Al-Khalili, Les M. Landsberger, and Mojtaba Kahrizi, “A Two-Dimensional Micromachined Accelerometer,”IEEE,1997.

[12] Mark A. Lemkin, Bernhard E. Boser, David Auslander, Jim H. Smith, “A 3-Axis Force Balanced Accelerometer Using a Single Proof-Mass,” TRANSDUCERS '97.

[13] Michael W. Judy, “Suspension arrangement for semiconductor accelerometer,”

US-Patent No.6223598, May 1 2001.

[14] G. K. Fedder, PhD dissertation “Simulation of Microelectromechanical Systems”, University of California at Berkeley, USA, 1994

[15] 陳精一,“ANSYS 震動學實務分析”,高立圖書有限公司 2005 [16] 國家晶片設計中心 CIC, http://www.cic.org.tw

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