對一種新型雙懸臂梁高gn 值MEMS加速度傳感器進行有限元模擬。采用雙懸臂梁傳感芯片的一種實際封裝結構,進行頻域分析和時域分析,討論封合傳感器芯片和封裝基體的封合材料對其輸出信號的影響。頻域分析表明,封合材料的楊氏模量對封裝后加速度傳感器整體的振動模態有一定影響,封合膠的楊氏模量很小時,會致使加速度傳感器的信號失真, 模擬表明可選用楊氏模量足夠高的環氧樹脂類作高gn 值傳感器的封合材料。時域分析靜態模擬表明,封合材料的楊氏模量,對最大等效應力和沿加載垂直方向的正應力最大最小值基本無影響。時域分析動態模擬表明,隨著封合材料楊氏模量的提高,動態模擬輸出的懸臂梁末端節點位移的波形和其經數字濾波后輸出的信號變好,封合材料的楊氏模量不影響輸出信號的頻率和均值,在加速度脈沖幅值輸入信號變化時,懸臂梁末端位移平均值輸出信號與輸入有良好的線性關系。
高gn 值MEMS 加速度傳感器可應用于商業、軍事和空間技術等諸多領域,對該器件的研究已十分重視[1～2 ] 。高gn 值加速度計量程高至100 ～200 k gn ,因此不同于一般的加速度計, 必須考慮其封裝在高沖擊下對傳感器性能的影響。Togami 等人采用Hopkinson Bar 加速試驗技術研究了幾種封裝下高gn 傳感器件在沖擊下的失效行為[3 ] 。Davies 等人提出了高gn 值加速度計封裝設計的幾個原則[4 ] 。Tanner 等人就封裝的MEMS 器件在沖擊環境中的可靠性方面進行了一系列的實驗研究[5 ] 。研究不同封裝結構和材料對器件振動模態中各階固有頻率及振型的影響, 可以揭示封裝對高沖擊下傳感器性能的影響。高gn 值下的輸出信號與封裝的相關性也需探討。但至今有關研究的報道尚少,然而這些研究可為高gn 值加速度傳感元件的封裝提供設計依據。用有限元模擬對不同封合材料下封裝的高gn 值傳感器進行頻域分析和時域分析,并討論高gn 值加載下信號輸出的特點。