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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
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dc.contributor.advisor翁宗賢
dc.contributor.authorYu-Xuan Tsaien
dc.contributor.author蔡育軒zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T08:25:24Z-
dc.date.available2019-03-18
dc.date.copyright2014-03-18
dc.date.issued2014
dc.date.submitted2014-01-21
dc.identifier.citation[1] Electromechanical monolithic resonator,US patent 3614677, Filed April 29, 1966; Issued October 1971
[2] Wilfinger, R.J.; Bardell, P.H.; Chhabra, D.S. The resonistor a frequency selective device utilizing the mechanical resonance of a substrate (PDF). IBM J. 1968, 12: 113-8.
[3] Robert Stewart, Robert Thede, Paul Couch, Dave Tarrant, High G MEMS Accelerometer For Compact Kinetic Energy Missile (CKEM)
[4] 黃全平,高量程微機械壓阻式加速度傳感器研究,中國科學院碩士學位論文, 2002.
[5] 單成祥,傳感器的理論與設計基礎及應用,國防工業出版社。
[6] 張菁華,石庚辰,隋麗,引信用微壓阻式加速度感測器系統設計[J].裝備指揮技術學院學報,2005,16(3):82-86。
[7] Chau, K. H.-L., et al., 'An Intrgrate Force-Balanced Capacitive Accelerometer for Low-G Application,' Proc. 8th Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators, Stockholm, Sweden, June 25-29, 1995,pp. 593-596.
[8] B R Davies, S Montague. SAND. 98-0510. High-g Accelerometer for Earth-Penetradtor Weapons Applications LDRD Final Report[S]. SAND. 98-0510.
[9] 張衛,馬寶華等,國外引信技術發展現狀和我國引信技術發展策略研究,中國兵器工業第210研究所,1990.12。
[10] 倪振華,振動力學,西安交通大學出版社。
[11] 張威,MEMS壓阻式力平衡(伺服)加速度傳感器研究─設計、製造、封裝和測試,北京大學,2003。
[12] 曾昭君,石進杰,一種抗大過載微型加速度計研究,微納電子技術,2003: 7-8。
[13] Andrew R.Atwell, Robert S.Okojie, Kevin T.Komegay, Scott L,Roberson, Alain Beliveau, Simulation,fbrication and testing of bulk micromachined 6H-SiC high-g piezoresistive acclerometer, Sensors and Actuators A 104(2003) 11-18.
[14] P.L. Chen, R.S. Muller, and A.P. Andrews, Integrated silicon PI-FET accelerometer with proof mass, Sensors and Actuators, 5 119-126, 1984.
[15] P.W. Barth, F. Pourahmadi, R. Mayer, J. Poydock, K. Petersen, A monolithic silicon accelerometer with integral air damping and overrange protection, IEEE TH0215-4 35, 1988.
[16] F. Rudolf, A micromechanical capacitive accelerometer with a two-point inertial-mass suspension, Sensors and Actuators, 4 191-198, 1983.
[17] Y.P. Wang1, R.Q. Hsu, C.W. Wu, Design and Simulation of a MEMS High G Inertial Impact Sensor, SAS 2008 – IEEE Sensors Applications Symposium, Atlanta, GA, February 12-14, 2008.
[18] 李仁鋒,MEMS高G值加速度計設計技術研究,中國工程物理研究院碩士論文,2003。
[19] B R Davies, S Montague. SAND 98-0510. High-g Accelerometer for Earth-Penetrator Weapons Applications LDRD Final Report[S]. SAND 98-0510.
[20] 宋萍,李科杰,石更辰,盧四華,高G值MEMS加速度傳感器敏感元件的結構分析,探測與控制學報,第24卷第4期:14~16。
[21] Andrew R.Atwell, Robert S.Okojie, Kevin T.Komegay, Scott L,Roberson, Alain Beliveau, Simulation,fbrication and testing of bulk micromachined 6H-SiC high-g piezoresistive acclerometer, Sensors and Actuators A 104(2003) 11-18.
[22] Bradford S. Davis, Tim Dension, Jinbo Kaung, A Monolithic High-g SOI-MEMS Accelerometer for Measuring Projectitle Launch and Flight Accelerometer.
[23] Terry S.C, Herman J.H, Angel J.B. A Gas Chromatograoh Air Analyzer Fabriated on a Silicon Wafer [J]. IEEE Trans Electron Devices, 1979, ED-26:1880.
[24] Middelhoek S, Audet S, A Silicon Sensors [M]. New York Academic Press,1989.
[25] Fluitman J. Microsystems Technology [J]. Sensors and Actuators A, 1996, 56(1-2): 151-161.
[26] Hirano T. Japanese Activities in Micromachining [J]. MST News 1995, 14(13) 14-17.
[27] 張威,張大成,王陽元,MEMS概況及發展趨勢,[J]微納電子技術2002, 39(1) 22-27。
[28]上海科技在線學習[EB/OL]
[29] 李炳乾,朱長純,劉君華,微電子機械系統的研究進展,[J] 國外電子元器件,2001(1):4-8。
[30] 徐小雲,顏國正,丁國清,微電子系統(MEMS)及其應用的研究,[J] 測控技術,2002, 21(8):1-5。
[31] 王琪民。微型機械導論,[M] 中國科學技術大學出版社,2003。
[32] 劉軍瀯。朱向榮等。微機電系統的發展,[J] 山東理工大學學報,2003, 17(1):107-110。
[33] 李德勝,王東紅,孫金瑋等,MEMS技術及應用,[M] 哈爾濱工業大學出版社,2002。
[34] 王陽元,武國英,郝一龍等,矽基MEMS加工技術及其標準工藝研究,[J] 電子學報,2002, 30(11):1-8。
[35] [德] W.Menz, J.Mohr, O.Paul著,王春海,于杰等譯.微系統技術[M].化學工業出版社,2003.
[36] [美] Stephen A, Campbell著,曾瑩,嚴利人,王紀民,張偉等譯.微電子製造科學原理與工程技術[M].電子工業出版社,2003.
[37] Marc Madou, Fundamentals of Micro-fabrication, [M] CRC Press 1997.
[38] Jack W Judy, Microeletromechanical Systems (MEMS) Fabrication, Design and Applications, [J] Journal of Smart Materals and Structures, 2001(10) 1115-1134.
[39] 王志越,IC&MEMS製造技術及其發展趨勢,[J]電子工業專用設備,2003, 32(3):12-16。
[40] 李拴慶,付士萍,微電子機械系統,[J]半導體技術,2001, 26(8):1-5。
[41] 溫時鑄,關於微機電系統研究,[J]中國機械工程,2003, 14(2):159-164。
[42] Q.Y.Tong, U.Gosele, Semiconductor Wafer Bonding[M]A Wiley-Interscience Publication 1999.
[43] 王海寧,王水弟,蔡堅等,先進的MEMS封裝技術,[J]半導體技術,2003, 28(6):7-10。
[44] 田斌,胡明,MEMS封裝技術研究進展與趨勢,[J] 傳感器技術,2003, 22(5):58-60。
[45]. Boustedt K,Persson K, Stranneby D Flip Chip as an Enabler for MEMS Packaging 2002 Electronic Componenets and Technology Conference [C] 2002, Proceeding, 52nd, 2002.
[46] 楊友文,王建華MEMS技術現狀及應用,[J]微納電子技術,2003, 40(3):29-32。
[47] 童志義,趙曉東,國內外MEMS器件現狀及發展趨勢,[J] 電子工業專用備,2002, 31(4):200-206。
[48] 劉曉斌,微機電系統的進展分析與研究,[J]機械研究與應用,2003, 15(1):72-75。
[49] 趙正平,楊擁軍,信息MEMS技術,[J]微納電子技術,2002, 39(3):6-11。
[50] 劉文耀,杜君文,應濟,MEMS的概念及其國內外的研究現況,[J]機械工程師,2001(2):8-10。
[51] 亢春梅,曹金明,劉光輝,國外技術的現狀及其在軍事領域中的應用,[J]傳感器技術,2002, 21(6):4-7。
[52] 董景新等。微慣性儀表─微機械加速度計。[M] 北京:清華大學出版社,2003。
[53] Fairchild SemiconductorR, LM7805, 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator Datasheet, 2001.
[54] 唐興,高G值壓阻式微型加速度計之設計與性能分析。
[55] Lord Kelvin, Philosophic Magazine, 1857.
[56] Robert Kuells, Novel piezoresistive high-g accelerometer geometry with very high sensitivity-bandwidth product, Sensors and Actuators A, 182 41-48, 2012.
[57] 張凱翔,高G值壓阻式微型加速度計之研製與衝擊測試。
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/58680-
dc.description.abstract隨著現代國防發展,各國競相發展精緻型戰術裝備,期能以精準武器給予敵方關鍵性的致命一擊,而不致殺傷普羅百姓,摧毀民生建物,破壞工業設施。這些精準武器需要統合的範圍包含:自動偵查技術、引信精準定位、導彈軌道修正、飛彈攔截追蹤、安全系統等系統,皆須仰賴精密的加速度計、陀螺儀等元件互相配合下才能發揮特定的功能,因此這類技術是目前先進國家亟待精進的領域。。然而我國在高G值微型加速度計的研究和發展目前仍處於積極開發的階段,因此本篇論文正以開發可行之高G值加速度計的製程技術為探討重點,並且設計不同種形式之加速度計,以研究何種製程流程設計及製程方法最為可行,且符合成本及時間上的考量和要求。
本篇論文所設計之微型加速度計,預期可承受的衝擊為10,000G。為了尋求最適合的設計,並節省製程的成本和時間,本文首先以CAD繪製五種不同設計之加速度計結構,並利用ANSYS將幾何構型進行網格切割及參數設定,完成後匯入LS-DYNA或是ANSYS進行數值模擬計算,以模擬的結果檢測五種不同結構在設定的高G值衝擊環境下,是否會發生響應的應力超過材料的強度而損壞。
經過模擬計算後,確定本文所設計的加速計能承受預定之衝擊力,結構仍不破壞,且感測的壓阻器有足夠的應變量,可輸出明顯的電壓值,接著便著手進行製程規劃的設計。由於所設計之各型加速度計結構並不相同,可分為十字原型、十字原型上懸臂樑處額外加入質量塊、十字原型上於四街角處加入質量塊、可彎曲板式加速度計和改良後可彎曲板式加速度計等五種,並將前三種設計放於N型矽晶圓上製作,後兩種則使用SOI晶圓材料來進行製作,因此本文所開發出的製程流程共有三種。
經過三種不同的製程步驟規劃,然後依規劃在不同的矽晶圓上研製五種不同設計的加速度計。經過這三種試製過程,實際成功完成設計結構形狀的加速度計僅有最後一種設計:改良後可彎曲板式加速度計。晶圓製作完成後,經切割和簡易封裝,放置於高速旋轉機台上進行加速度測試。由實驗的結果證明所製造出的晶片是符合預期目標的,其訊號經過濾波處理後,其線性度可達1.12%、敏感度則為1.54μV/G。
zh_TW
dc.description.abstractWith the rapid progress of modern defense technology, many developed countries devote to smart munitions, aiming to fatal attack with less damage to human, civil and industrial facilities. These elaborate weapons integrate automatic detection technology, precisely positioning fuse, guided projectiles, target intercept tracking, safety system, etc. The modern fuze technology plays one of important rolls in the current advances of all systems. This smart subsystem relies on accelerometer, gyroscope, and other components in coordinate with each other to accomplish the mission. However, research and development of high-G accelerometer in this country is still in the stage of emergent phase. As such, the emphasis of this thesis is to plan for fabrication processes suitable for high-G accelerometers. Several configurations of accelerometers are designed which can be processed by facilities of university and related institutions. The key factors considered for the design of fabrication processes are feasibility and required time and cost.
In this thesis, micro accelerometers were designed to withstand the impact of 10,000 G. In order to seek the most proper design and to reduce cost and time in fabrication, the current research employed the CAD package to create five structural models of accelerometers, and ANSYS to generate mesh and to set up computing parameters. Upon finishing the setup, the discretized models were imported to LS-DYNA or ANSYS to execute numerical computation. The results of simulations were examined whether the five accelerometers can survive from the designated impact condition or need further modifications in design. The respond stresses of all five accelerometers must be within the allowable stresses of the materials in the high G environment.
After the simulation, the thesis guarantee structure is still not destroyed in the expected impact strength, then began the fabrication flow design. Due to the design of the accelerometer structure is different, it can be divided into five categories: crisscross prototype, adding additional proof masses under four cantilever beams, adding additional proof masses at the four corners, flexible plate accelerometer, and improved flexible plate accelerometer. The first three designs were manufactured on N-type wafers, the other two were processed on SOI wafers. Three processing procedures were proposed for these accelerometers.
With the three planed schedules for processing, five accelerometers were fabricated on several wafers. However, some fetal difficulties were encountered in semiconductor processing. Failures in transresistors and metal conducting films occurred in the first three designs of accelerometers. Unfortunately, poor response sensitivity was found in the fourth design, even though the structure was successfully fabricated. Nevertheless, the improved flexible plate accelerometer was accomplished both in structure and function. With simple packaging, this accelerometer was placed in a high-speed centrifugal machine for quasi-static testing. Sampling data were transmitted in radio frequency to a PC for acquisition and process. Experimental results demonstrated that the sensing chip performs as expectations. The linearity of the filtered data was found to be 1.12%, and the sensitivity is 1.54μV/G.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T08:25:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2014
en
dc.description.tableofcontents中文摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XIII
符號表 XIV
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與目的 6
1-4 本文架構 7
第二章 MEMS介紹與製程原理 14
2-1 MEMS背景 14
2-2 MEMS特點 15
2-3 MEMS研究 16
2-3-1 基礎理論 16
2-3-2 模擬技術 17
2-3-3 材料選用 18
2-3-4 訊號測試 19
2-3-5 技術基礎 19
2-4 MEMS製程原理介紹 19
2-4-1 蝕刻製程 20
2-4-2 顯影製程 21
2-4-3 擴散製程 23
2-4-4 薄膜製程 24
2-4-5 封裝製程 26
2-5 MEMS應用 26
2-5-1 微型感應計 27
2-5-2 微型執行器 27
2-5-3 微型光機電元件和系統 28
2-5-4 微型機械人 28
2-5-5 微型飛行器 28
2-5-6 微型動力系統 29
第三章 高G值加速度計之設計原理與模擬結果 39
3-1 加速度計之原理與設計 39
3-1-1 壓阻原理 40
3-1-2 結構設計 41
3-2 模擬計算 41
3-2-1 原型十字結構加速度計模擬結果 42
3-2-2 懸臂樑加裝質量塊加速度計模擬結果 43
3-2-3 十字形四街角加裝質量塊加速度計模擬結果 43
3-2-4 可彎曲平板結構加速度計模擬結果 44
3-2-5 改良後可彎曲平板結構加速度計模擬結果 44
3-3 五種加速度計之結構、電路平面圖 44
第四章 高G值加速度計的製作 56
4-1 三合一製程設計 56
4-1-1 晶圓選擇 56
4-1-2 光罩設計 57
4-1-3 製程規劃 57
4-1-4 N-type製程步驟 58
4-2 可彎曲平板式加速度計 74
4-2-1 晶圓選擇 74
4-2-2 光罩設計 75
4-2-3 製程規劃 75
4-2-4 製程步驟 76
4-3 改良後可彎曲平板式加速度計 83
4-3-1 晶圓選擇 83
4-3-2 光罩設計 83
4-3-3 製程規劃 84
4-3-4 製程步驟 84
4-4 封裝製程 87
4-4-1 可彎曲板式加速度計封裝 87
4-4-2 改良可彎曲板式加速度計封裝 90
第五章 測試機台架設與測試結果 123
5-1 測試機台簡介 123
5-1-1 高速旋轉機台 123
5-1-2 訊號轉換與無線射頻發射電路 124
5-1-3 無線射頻接收電路與收集訊號程式 124
5-1-4 使用方法 124
5-2 測試結果 125
5-2-1 N-type上三種不同十字結構之加速度計 125
5-2-2 可彎曲板式加速度計 125
5-2-3 改良後可彎曲板式加速度計 126
第六章 結論與未來展望 132
6-1 結論 132
6-2 未來展望 134
參考文獻 137
dc.language.isozh-TW
dc.subject高G值衝擊zh_TW
dc.subject微型加速度計zh_TW
dc.subject微機電製程zh_TW
dc.subjectMEMS fabricationen
dc.subjectmicro accelerometeren
dc.subjecthigh G impacten
dc.title不同構型之高G值壓阻式微型加速度計的研製探討zh_TW
dc.titleDesign and Fabrication of Micro High-G Accelerometers in Several Configurationsen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear102-1
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee江宏仁,邱銘漢
dc.subject.keyword微型加速度計,高G值衝擊,微機電製程,zh_TW
dc.subject.keywordmicro accelerometer,high G impact,MEMS fabrication,en
dc.relation.page141
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2014-01-22
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept應用力學研究所zh_TW
顯示於系所單位:應用力學研究所

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