Исходные данные на курсовой проект
Общие технические требования к разрабатываемому изделию
|
Наименование параметра |
Значение |
|
Резонансная частота f0, Гц |
15625 |
|
Диапазон частот эксплуатационных синусоидальных виброускорений, Гц |
от 1 до 3000 |
|
Значение допустимых эксплуатационных синусоидальных виброускорений, м/с2 (g), не более |
196 (20) |
|
Значение допустимых многократных ударных нагрузок, при длительности удара от 1 до 3 мс, м/с2 (g), не более |
1471 (150) |
|
Значение допустимых одиночных ударных нагрузок, при длительности удара от 0,2 до 1 мс, м/с2 (g), не более |
9810 (1000) |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
от минус 50 до 85 |
|
Относительная влажность воздуха при температуре 35°С, %, не более |
98 |
|
Диапазон рабочих давлений среды, Па |
от 0,00013 до 297198 |
Общие требования согласно ГОСТ РВ 20.39.413-97.
Группа исполнения согласно ГОСТ РВ 20.39.414.1-97.
Таблица 1 – Основные механические параметры кремния.
|
Наименование параметра |
Значение |
|
Плотность (ρ), кг/м3 |
2,33·103 |
|
Модуль Юнга (E), Н/м2 |
1,638·1011 |
|
Модуль сдвига (G), Н/м2 |
0,673·1011 |
Габаритный чертеж резонатора приведен в Приложении 1.
Исходными параметрами являются:
L = 4 мм – длина струны;
b = 0,8 мм – ширина струны;
H = 500 мкм – толщина пластины кремния.
Расчетная часть
Для расчета характеристики резонатора необходимо найти зависимость частоты от параметров резонатора и растяжек и определить форму изогнутой оси резонатора.
Расстояние между растяжками определяется из соотношения:
|
|
(1) |
а = 2,208 мм.
1) Найдем толщину струны h, зная зависимость:
|
|
(2) |
.
Из формулы (2) следует:
|
|
(3) |
.
мкм.
2) Найдем значение ширины b1 и длины c растяжки.
На растяжку действует сила:
|
|
(4) |
.
где mстр – масса струны,
g = 9,81 – ускорение свободного падения.
Масса струны определяется из геометрических соображений по формуле:
|
|
(5) |
.
кг.
Подставляя значения mстр и g в формулу 4 получим:
Н.
Найдем значения b1 и c, при которых растяжка выдержит нагрузку F.
Из механики известно:
|
|
(6) |
;
|
|
(7) |
,
где k>1 – коэффициент запаса прочности;
=
100 Н/м2 для кремния.
Пусть k
= 5, следовательно
Н/мм2.
Из формулы (6) находим связь между значениями b1 и с:
Для расчета характеристики резонатора необходимо найти зависимость частоты от параметров балочки и растяжек и определить форму изогнутой оси балочки.
|
|
(8) |
;
|
|
(9) |
.
мм;
мм.
Находим жесткость растяжек K на кручение:
|
|
(10) |
,
где - коэффициент, зависящий от отношения ширины и толщины растяжки. В данном случае, для допущения, что b1 > 10h, = 1/3.
Уравнения изогнутой линии балочки на первом и втором участках, уравнения углов поворота, кривизны и поперечных сил запишем в виде:
|
|
(11) |
,
|
|
(12) |
,
где
|
|
(13) |
-
функции Крылова.
Аргумент определяется из следующего соотношения:
|
|
(14) |
.
Постоянные A1, B1, C1, D1, A2, B2, C2, D2 можно найти из граничных условий:
|
|
(15) |
,
где
– момент инерции балочки.
В полученной системе линейных уравнений величины A1, C1, B2, C2 и D2 отличны от нуля при равенстве нулю определителя:
|
|
(16) |
.
Частотное уравнение относительно параметра b1 по аргументу li выглядит следующим образом:
|
|
(17) |
.
Решение уравнения по параметру b1:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
;
м;
;
м;
;
;
;
;
;
;
;
м.
Используя соотношение (6) находим c:
м.
Таким образом, расчетные значения длины, ширины и высоты растяжки составляют:
м;
м;
м.
Но так как из технологических соображений эти размеры тяжело выполнимы, то их округляем:
м (погрешность
0,4%);
м (погрешность
1,7%);
м (погрешность
0,17%).
Ортогональные сечения резонатора приведены в Приложении 2.
Для точного совмещения шаблонов изготавливаются метки совмещения. Размеры меток представлены на рисунках 1, 2, 3 и 4.
В Приложениях 4,5,6 и 7 приведены теоретические чертежи фотошаблонов травления кристалла.
Сборочный чертеж основания приведен в Приложении 8а.
Сборочный чертеж изделия приведен в Приложении 9а.
|
|
|
|
Рисунок 1 – Метка на шаблоне №1. |
Рисунок 2 – Метка на шаблоне №2. |
|
|
|
|
Рисунок 3 – Метка на шаблоне №3. |
Рисунок 4 – Метка на шаблоне №4. |
Технологический процесс изготовления (без перечня операций)
1. исходные материалы:
- Пластины кремния КЭФ-0,5
- Толщина: 500 мкм
- Диаметр: 150 мм
- Ориентация пластины (100)
- Ориентация направления <110>
- Допуск к плоскостности: 1 мкм
- Допуск к параллельности: 1 мкм
- Шероховатость поверхностей: Ra = 0,05
2. Двустороннее совмещение фотошаблонов 1 и 2
3. Нанесение фоторезиста на обе стороны пластины
4. Экспонирование
5. Проявление
6. Травление SiO2
7. Снятие фоторезиста
8. Травление диафрагмы на глубину (H-h) в 30 % растворе KOH при t = 130 ºC
9. Травление сквозных пазов
10. Нанесение пьезопленки ZnO
11. Фотолитография пьезопленки по фотошаблону №3
12. Металлизация (Al, 1 мкм)
13. Фотолитография по металлизации по фотошаблону №4
14. Скрайбирование пластины
15. Посадка кристаллов на основание
16. Ультразвуковая сварка контактных площадок с выводами основания
17. Контроль центральной частоты резонатора
18. Герметизация
19. Маркировка
20. Упаковка