气体封装MEMS惯性传感器中的Q因子

在 Coventor 的团队中，我们一直致力于改进我们的解决方案，解决真实世界中的 MEMS 设计问题我们对封装 MEMS传感器的包装材料持续感兴趣。一般来说，这些封装材料的目的是为了机械支撑传感器，并使其能够访问所需的信号同时，这些封装材料还可以提供环境护，并减轻过高温械负载等不希出现的影响 。

在微机电系统中，惯性传感器通常通过在制造过程中形成的空腔中封装传感元件来进行封装。该空腔形成了一个密封的腔室。腔室内的气体和压力通常受到控制，因为两者都会对传感器的性能产生较大影响。例如，开环加速度计通常在较高的压力下进行封装，以确控制传感的带宽。陀螺仪，另一方面，通常在较低的腔压范围内运行，通常是几个 mBar 的压力到高真空 。

在今年的法国阿维尼翁举行的MEMS IEEE惯性会议上，我们展示了一张海报，描述了温度变化如何影响3轴陀螺仪的品质因子。在我们的例子中，陀螺仪被封装在一个充满惰性气体的密闭腔体中。根据综合气体定律，环境温度的变化将改变腔体内的压力，进而也会改变陀螺仪品质因子。

建模这种效应并不简单，因为Q因子本身取决于围绕陀螺仪的腔体的几何形状以及腔体内部的压力和气体类型。这种效应可以在CoventorMP®中构建的示例陀螺仪型的模拟挤压膜阻尼压力分布图中看到，见图1。正如预料的那样，形成移动感知质量的大平板上的压力高。然而，压力分布也会渗透到板边缘，在那里腔体气体被迫进入感应质量和腔体之间的通道。

顺便说一句，这个陀螺仪的品质因子由腔体中的惰性气体主导。如果没有气体并且设备在高真空下运行，品质因子将由热弹性阻尼和锚定阻尼决定 - 这也可以在 CoventorMP 中模拟出来。

根据图1显示，我们在CoventorMP中的模拟结果与测量数据非常匹配。当我们的测量数据与模拟结果相符时，这表明模型工作正常。在设计MEMS器件时，建模组合封装-器件相互作用非常重要，因为环境温度变化或机械封装负载引起的性能问题可能会降低MEMS器件的实际性能。

如我们的示例所示，CoventorMP可用于精确建模MEMS器件-封装交互，以确保封装的器件性能符合目标设计规范。