硅微机械陀螺误差建模理论与方法

本书共9章，以硅微机械陀螺为研究对象，通过数学物理方程推导微机电系统宏模型，采用对称拓扑设计微机械陀螺结构，制订简单、高效的工艺加工微机械陀螺，根据精密控制、电学知识设计微机械陀螺测控电路，从而阐明硅微机械陀螺误差产生机理，并为减小误差提供研究思路。本书内容新颖，简明扼要。
本书可供微机电系统工程、仪器科学与技术、集成电路科学与工程、机械工程等专业的高年级本科生和研究生阅读，也可供上述领域的科技人员参考。

前言
第一篇 导论
第1章 绪论 3
1.1 MEMS设计方法 5
1.1.1 自底向上设计方法 5
1.1.2 结构化设计方法 6
1.1.3 任意流程设计方法 7
1.2 微机械陀螺的发展 9
1.2.1 结构发展现状及趋势 9
1.2.2 工艺制造方法发展 17
1.2.3 测控电路发展趋势 22
1.3 本章小结 32
参考文献 33
第二篇 MEMS设计误差宏建模理论与方法
第2章 可创成的MEMS设计技术 43
2.1 可创成的MEMS设计方法 43
2.1.1 设计方法架构 43
2.1.2 设计方法特点 44
2.2 可创成的MEMS设计方法关键技术 45
2.2.1 宏建模 45
2.2.2 参数化组件库 47
2.2.3 方程自主定义 50
2.2.4 系统级多域异构建模与仿真 52
2.2.5 多尺度仿真技术 53
2.2.6 MEMS设计优化 55
2.3 本章小结 56
参考文献 56
第3章 线性与多域耦合MEMS宏建模方法 58
3.1 基于Krylov子空间投影的线性宏建模方法 58
3.1.1 宏建模原理 58
3.1.2 矩匹配原理 60
3.1.3 SISO系统宏建模方法 61
3.1.4 MIMO系统宏建模方法 64
3.1.5 二阶MEMS系统宏建模方法 67
3.2 Hamilton原理与Lagrange动力学方程 72
3.2.1 Hamilton原理 73
3.2.2 Lagrange动力学方程 74
3.3 模态叠加原理 75
3.3.1 线性MEMS系统的模态振型及性质 75
3.3.2 线性MEMS系统的模态叠加原理 76
3.4 多域耦合MEMS宏模型提取 77
3.4.1 模态选取 77
3.4.2 能量函数计算 78
3.4.3 方程组装与宏模型输出 79
3.4.4 能量法的多能域扩展 80
3.5 本章小结 80
参考文献 81
第三篇 结构误差建模理论与方法
第4章 微机械陀螺组件设计 85
4.1 模态耦合与解耦分析设计 85
4.1.1 科氏效应 85
4.1.2 微机械陀螺简化动力学模型 87
4.2 弹性梁结构设计 88
4.2.1 弹性梁设计需求 88
4.2.2 常见的弹性梁结构 89
4.2.3 弹性梁弹性系数计算 90
4.2.4 弹性梁线性度分析 94
4.3 本章小结 97
参考文献 97
第5章 微机械陀螺拓扑结构 98
5.1 微机械陀螺参数设计 98
5.1.1 驱动及检测结构设计需求 98
5.1.2 梳齿结构选取 99
5.1.3 微机械陀螺拓扑结构设计 100
5.1.4 微机械陀螺的结构参数 102
5.1.5 微机械陀螺的性能参数计算 103
5.2 微机械陀螺工艺版图 110
5.2.1 基于异构宏建模的微机械陀螺建模与仿真 112
5.2.2 微机械陀螺工艺版图设计 116
5.3 本章小结 118
参考文献 119
第四篇 工艺误差建模理论与方法
第6章 微机械陀螺的工艺难题及影响 123
6.1 根切及其对微机械陀螺的影响 123
6.1.1 根切产生原因 123
6.1.2 根切对微机械陀螺的影响 125
6.2 黏附及其对微机械陀螺的影响 128
6.2.1 黏附产生原因 128
6.2.2 黏附对微机械陀螺的影响 130
6.3 划片破损及其对微机械陀螺的影响 132
6.3.1 划片破损产生原因 132
6.3.2 划片破损对微机械陀螺的影响 132
6.4 封装应力及其对微机械陀螺的影响 133
6.4.1 封装应力产生原因 133
6.4.2 封装应力对微机械陀螺的影响 134
6.5 本章小结 137
参考文献 137
第7章 基于SOI硅片的刻蚀工艺与免划片技术 139
7.1 基于SOI硅片的干法刻蚀工艺 139
7.1.1 高深宽比DRIE工艺 139
7.1.2 Lag效应研究 144
7.1.3 Footing效应研究 149
7.2 刻蚀技术 151
7.2.1 双面刻蚀技术 151
7.2.2 无压差支撑片设计 151
7.3 免划片技术 156
7.3.1 免划片技术的实现原理 156
7.3.2 免划片技术的版图设计 157
7.4 微机械陀螺加工工艺流程 159
7.5 加工质量评估 165
7.6 本章小结 168
参考文献 169
第五篇 测控电路误差建模理论与方法
第8章 测控电路误差理论分析 173
8.1 微机械陀螺系统基本组成 173
8.1.1 机械陀螺表头 173
8.1.2 驱动模态控制电路 176
8.1.3 敏感模态检测电路 176
8.2 热启动时间的惯性响应特性 177
8.2.1 高Q值下的热启动建模 178
8.2.2 热启动过程的频率特性 182
8.2.3 Q值作用的热启动温度特性 190
8.3 电路输出零位组成 194
8.3.1 陀螺敏感模态输出 195
8.3.2 阻尼不平衡零位分量 197
8.3.3 静电力不平衡零位分量 199
8.3.4 寄生电容耦合零位分量 202
8.4 本章小结 203
参考文献 204
第9章 测控电路设计方法 206
9.1 硅微机械陀螺接口电路设计 206
9.1.1 接口电路总体方案 206
9.1.2 接口电路模块设计 207
9.1.3 电路整体仿真 214
9.2 振荡抑制及温度补偿电路设计 215
9.2.1 敏感模态振荡抑制电路设计 215
9.2.2 自检测温度补偿电路设计 217
9.3 本章小结 222
参考文献 222