第1章 绪论 1
1.1 MEMS时期之前的概况 1
1.2 应用与市场 5
1.3 惯性MEMS器件的组成 7
参考文献 9
第2章 换能器 10
2.1 各向异性材料特性、张量和旋度 10
2.1.1 应力、应变与压阻效应 11
2.1.2 坐标系旋转 21
2.2 压阻式换能器 27
2.2.1 压电电阻器 27
2.2.2 硅压阻式传感器 28
2.2.3 多晶硅的压电电阻 31
2.3 压电换能器 32
2.3.1 压电效应 32
2.3.2 压电方程 35
2.4 电容式换能器 39
2.4.1 静电力 40
2.4.2 平行板式电容 41
2.4.3 倾斜板式电容 45
2.4.4 梳齿电容 51
2.4.5 悬浮 56
参考文献 61
第3章 非惯性力 65
3.1 弹簧 65
3.1.1 梁 66
3.1.2 刚度矩阵 67
3.1.3 梁的弯曲方程 67
3.1.4 悬臂梁 71
3.1.5 扭力弹簧 78
3.1.6 应力集中 83
3.1.7 支承 84
3.2 阻尼力 88
3.2.1 流体流动模型 88
3.2.2 滑膜阻尼 96
3.2.3 压模阻尼 103
3.2.4 阻力 119
3.2.5 自由分子流 120
3.2.6 结构阻尼 122
参考文献 123
第4章 MEMS工艺 127
4.1 惯性MEMS器件微加工技术 128
4.1.1 基础微电子工艺制造步骤 129
4.1.2 刻蚀 135
4.1.3 干法刻蚀 140
4.2 晶圆键合 143
4.2.1 零级封装和晶圆键合 144
4.2.2 晶圆键合工艺 145
4.3 工艺集成 151
4.3.1 体工艺 152
4.3.2 表面工艺 153
4.3.3 SOI MEMS工艺 158
4.3.4 CMOS-MEMS 161
参考文献 167
第5章 一级封装 172
5.1 一级封装壳体 173
5.2 一级封装技术 176
5.2.1 划片和裂片 176
5.2.2 粘片 177
5.2.3 电气连接 182
5.2.4 包封 185
参考文献 189
第6章 电路接口 191
6.1 检测电路-组成模块 192
6.1.1 MOS晶体管 192
6.1.2 运算和跨导放大器 197
6.2 传感器接口 208
6.2.1 电阻式接口 208
6.2.2 压电式接口 210
6.2.3 容式接口 214
6.3 数据转换器 225
6.3.1 采样和保持 225
6.3.2 幅值的单采样转换 227
6.3.3 时域转换 227
参考文献 237
第7章 加速度计 240
7.1 测量对象 240
7.2 弹簧-质量块系统 241
7.2.1 传递函数 242
7.2.2 加速度计非理想因素 248
7.2.3 加速度计反馈控制 253
7.2.4 非线性力矩器反馈控制 262
7.3 谐振加速度计 270
7.3.1 谐振梁 271
7.3.2 谐振加速度计系统 274
7.4 梁式加速度计 276
7.4.1 梁动力学 277
7.4.2 模型建立 282
7.5 几种其他类型加速度计原理 285
7.5.1 隧道加速度计 285
7.5.2 对流和起泡式加速度计 287
7.6 从单轴到六轴加速度计 289
7.6.1 单轴加速度计 289
7.6.2 2D和3D加速度计 296
7.6.3 6D加速度计 300
参考文献 302
第8章 陀螺仪 308
8.1 基本理论 308
8.2 陀螺运动学 311
8.2.1 载体的转动及角速度 312
8.2.2 非惯性系统中体的旋转 315
8.2.3 角动量理论 316
8.2.4 动量方程 318
8.2.5 小角度近似 319
8.3 陀螺的性能 321
8.4 速率积分陀螺 323
8.4.1 二自由度陀螺 323
8.4.2 角度陀螺原理 324
8.4.3 非理想模型 327
8.4.4 角度陀螺中的非理想性 329
8.4.5 陀螺控制 330
8.5 角速率陀螺 331
8.5.1 系统架构 333
8.5.2 谐振检测 336
8.5.3 非谐振检测 339
8.5.4 噪声 341
8.5.5 零角速率输出 343
8.5.6 偏置稳定性 350
8.5.7 加速度抑制及音叉 352
8.5.8 驱动运动控制及弹性梁非线性 357
8.6 陀螺结构 362
8.6.1 模态解耦结构 362
8.6.2 z轴陀螺 362
8.6.3 面内敏感陀螺 366
8.6.4 扭摆陀螺 368
8.7 非平面式MEMS陀螺 374
8.7.1 梁式陀螺 374
8.7.2 石英音叉 376
8.7.3 环式陀螺 377
8.7.4 体声波陀螺 378
8.8 多轴陀螺及6轴IMU设计思路 379
8.8.1 单质量块多自由度惯性传感器 380
8.8.2 双轴陀螺 382
8.8.3 三轴陀螺 383
参考文献 386
第9章 测试与标定 393
参考文献 397
结束语 398
参考文献 399
中英文对照表 400