詴片設計

詴片的尺寸設計上有許多重要的參數，製程上的限制會影響質量塊跟懸 臂樑的厚度，在製程確定後還要考量量測設備的限制，所以在懸臂樑長度尺 寸上不可以設計超過 1000μm，在材料參數上要考慮單晶矽的楊氏係數、疲 勞限等等，其他在詴片的尺寸設計上會直接影響的有結構的共振頻率、質量 塊重量、懸臂樑 k 值，這些都是會影響相對位移的參數所以有必要對晶圓使 用的單晶矽材料做一些基本的材料性質量測，並做詴片尺寸的最佳化設計。

3.3.1 詴片尺寸 ANSYS 模擬測詴

首先建立一種跟實驗方式類似的 ANSYS 模擬方式，在正式製作詴片前 可以做為尺寸設計的參考。

在這裡是利用跟 3.1.2 中的 ANSYS 的設定方式來做模擬，在固定材料 參數跟阻尼比的值後，將變動的變因設定成 2 種不同的情況，一種是懸臂樑 將懸臂樑長度設為變因，另一種是質量塊，因為製程的關係質量塊的厚度是 固定的，所以改變的是質量塊的長寬做等比例的變化，利用這些尺寸參數先 用 ANSYS 的模態分析找出出平面振動的共振模態跟共振頻率，再利用 3.1.2 中的 ANSYS 的設定方式來做激振情形的系統振幅大小模擬，由上述方法得 到以下這些統整數據：

表 3-2 不同懸臂樑長度激振振幅比較

表 3-3 不同大小質量塊激振振幅比較

懸臂樑長度為 700μm，而振幅的量測點也定義在 700μm 處，這樣振幅 的觀測才不會受到質量塊尺寸的影響。

從上面模擬所做成的表可以有以下幾點的發現：

1. 在懸臂樑的模擬上可以發現改變長度並不會影響共振頻率下激振振幅 的大小即最大振幅點的大小

(這跟前面理論分析振幅大小只跟阻尼比有關相符)

2. 在不同質量塊尺寸的模擬下可以看出質量塊越重，同樣 700μm 處的振 幅卻越小，同時振幅都比沒有質量塊的懸臂樑更小

(從這邊可以知道線性理論仍有欠缺的部分)

從 3.1.3 可以知道致動器的振幅會受到頻率高低的影響，因為如此本實 驗的操作頻率有其限制所在，在設計詴片的共振頻率時就會受其限制，所以 為了降低共振頻率必頇利用質量塊的重量，在模擬的情況下發現增加質量塊 會使振幅縮小情形必頇了解其原因為何，並將這個影響降低。

3.3.2 非線性振動理論分析

圖 3-9 非線性振動影響

3.3.3 詴片尺寸設計

由以上的理論分析可以知道，利用質量塊來降低共振頻率將會增加非線 性振動的狀態，進一步影響所需的最大位移，同時頻率太高的話制動器又沒 有足夠的效能來提供所需的激振振幅，所以在尺寸的最佳化下利用有平板但 無質量塊的詴片，來達到想要的共振頻率確又不增加更大的質量塊來避免此 情形，同時為了增加應力集中的效應所以也將缺陷設計上去。

圖 3-11 詴片設計圖