中华人民共和国电子行业标准 FL6117 SJ21261-2018
MEMS惯性器件结构设计要求
StructuraldesignrequirementsforMEMSinertialdevice
2018-01-18发布2018-05-01实施
国家国防科技工业局发布
SJ21261-2018
前言 本标准由中国电子科技集团公司提出。
本标准由工业和信息化部电子第四研究院归口。
本标准主要起草人：徐淑静、杨拥军、杨志、本标准起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所。
李丽霞、任倩婷、胥超、卢新艳。
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SJ 21261-2018
MEMS惯性器件结构设计要求
1范围 本标准规定了MEMS惯性器件敏感结构的设计要求。
本标准适用于硅基MEMS电容式加速度计和振动式陀螺仪敏感结构的设计。
2规范性引用文件AND 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是 准达成协议的各方研究 标准。
GB/T 26111微电机系统MEMS）技术术语 GJB585惯性技术术语 3术语和定义 GB/T261及GJB585确立的以及下列术语租定义适用于本标准 3.1 敏感结构sensihg structure 用于敏感外界加速度并将加速度信号转换为电信号的芯片单元。
3.2 质量块proofmass 能够将外界加速度转趣为沿输入轴的惯性力或绕输入轴的惯性力矩的有效质量 3.3 机械灵敏度mechanicalsensitivity 敏感结构中质量块的位移变化量与输 3.4D 电容灵敏度capacitancesensitivity 敏感结构中电容变化量与质量块位移变化量的比值。
3.5 止档stopper 敏感结构中为避免质量块位移过大导致结构发生破坏而设置的限位结构。
3.6 锚点anchor 悬空结构与基底连接的点。
SJ 21261-2018 4一般要求
4.1软件和硬件要求 设计平台应具备基本的软件和硬件配置，能够进行MEMS惯性器件敏感结构的静力学、动力学、电 学和耦合场特性分析。
4.2设计依据 设计时应考虑MEMS惯性器件的敏感结构形式、材料、工艺、结构参数等，MEMS惯性器件敏感结 构设计应满足MEMS惯性器件性能指标和环境适应性指标要求。
MEMS惯性器件性能指标主要包括量 程、标定因数非线性、分辨率、稳定性、重复性、频率响应、温度漂移，环境适应性指标主要包括振动、 机械冲击、温度适应性和低气压等。
各项性能指标与结构设计参数的关系见表1： 表1MEMS惯性器件产品性能指标与结构设计参数的对应关系 MEMS惯性器件产品性能指标影响指标的结构设计参数 量程和标度因数非线性机械刚度、质量、电容灵敏度、初始电容值、电容间隙、 分辨率工作模态的频率、质量、品质因数、电容灵敏度 稳定性和重复性残余应力（受加工工艺影响）、寄生参数 频率响应工作模态的频率、频差 温度漂移残余应力（受加工工艺影响）、寄生参数 环境适应性要求机械刚度、材料特性、止档结构、封装
5详细要求
5.1MEMS惯性器件敏感结构设计 MEMS惯性器件敏感结构设计包含敏感结构方案设计、敏感结构详细设计和工艺可行性设计。
5.2敏感结构方案设计 5.2.1通则 方案设计时应考虑MEMS惯性器件的敏感结构形式、封装形式和材料。
5.2.2敏感结构形式 5.2.2.1MEMS电容式加速度计敏感结构形式 MEMS电容式加速度计的结构形式主要有梳齿式、扭摆式和三明治式，设计时应考虑如下因素： a）有敏感方向要求时，敏感方向平行于安装平面的应优先选择梳齿式，敏感方向垂直于安装平面 的应优先选择扭摆式或三明治式； b）没有敏感方向要求时，应根据制造工艺，选择易于实现的结构形式。
5.2.2.2MEMS振动式陀螺仪敏感结构形式 MEMS振动式陀螺仪的结构形式一般为单质量结构和双质量结构，双质量结构解耦形式包括不解 耦、单解耦和双解耦，设计时应考虑如下因素： a）敏感方向有要求时，按照敏感方向平行于安装平面或垂直于安装平面选择对应的电极分布形 式； b）若无特殊要求，应优先选用双质量结构： c）依据陀螺的的性能要求和系统设计要求选择结构是否解耦和解耦形式。
5.2.3封装形式 敏感结构的封装设计时应考虑如下因素：
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SJ 21261-2018 a）封装类型：依据敏感结构的制造工艺选择圆片级封装或管壳级封装，制造工艺允许时，应优先 选择圆片级封装； b）MEMS振动式陀螺仪的敏感结构应采用真空封装，封装腔体内的真空度应保证驱动方向的品质 因数满足系统驱动环路设计要求； c）MEMS电容式加速度计的敏感结构应采用密闭封装，封装腔体内的压力应满足敏感结构频率响 应要求。
5.2.4材料 依据制造工艺选择敏感结构材料，...
