2022年, 第21卷, 第3-4期 刊出日期:2022-08-05
  

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    院士专栏
  • 王巍, 孟凡琛, 阚宝玺
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.001
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    国家定位、导航与授时(Positioning, Navigation and Timing,PNT)服务的核心是建立基准统一、弹性健壮、安全可信、高效便捷的综合PNT体系。总结了中美两国近年来PNT体系发展概况,分析了现有多源自主导航系统存在的不足之处,提出了多源自主导航系统的基本特性,即可检测性、可重构性、可信性和完备性,并给出PNT体系下多源自主导航系统技术未来的发展建议,为国家综合PNT体系后续论证及工程建设实施提供参考。
  • 王巍, 冯文帅, 李明飞, 王学锋
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 11-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.002
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    应用于高精度角速度测量的光纤干涉仪精度提升与其选用的光源性能密切相关。分析了高精度光纤干涉仪受光源谱宽和谱型的影响机理,提出了一种非线性光纤四波混频技术方案。建立了单/双泵浦四波混频产生宽光谱源理论模型,并定量分析了非线性光纤的非线性系数、长度、色散抖动和泵浦光功率变化对光源谱宽和光谱平坦度的影响。研究结果表明:基于四波混频的宽谱光源技术可大幅改善光纤干涉仪的光源功率、谱宽和平坦度,可显著提升光纤干涉仪角速度测量的精度。
  • 微系统专辑——微系统技术综述
  • 单光宝, 朱嘉婧, 郑彦文, 邢朝洋
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 20-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.003
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    微系统已成为推动国民经济发展和保障国家安全的基础性、战略性、先导性支撑产业,军民领域电子信息系统多功能、高性能、小型化的发展趋势对微系统集成技术提出了更高要求。综述了硅基、玻璃基、陶瓷基、柔性基等多种微系统集成技术,介绍了各类集成技术的典型应用领域、存在的技术挑战以及解决方法,并对各类微系统的特点进行了对比与讨论。最后,对各类微系统集成技术进行了总结、对比,并展望了微系统集成技术的发展方向。
  • 张师斌, 吴进波, 张丽萍, 郑鹏程, 姚虎林, 欧欣
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 29-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.004
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    在5G及未来6G无线通信系统中,射频(Radio Frequency,RF)前端技术被视为一项关键技术。而射频滤波器作为射频前端的核心部件,具有频率选择以及抑制干扰信号的功能,基于压电效应的声波滤波器凭借其性能、体积、工艺等优势已成为移动射频前端的主流选择。近几年,随着异质集成材料制备技术的突破,基于单晶压电薄膜异质衬底(如LiTaO3/SiO2/Si)的声表面波、体声波与板波滤波器技术屡有突破。结合当下研究热点,依次对单晶压电薄膜异质衬底的制备、声波器件仿真、声表面波与板波滤波器技术的研究进展进行介绍与分析,并对未来声波滤波器的发展做出展望。
  • 汪志强, 杨凝, 戴扬, 李嵬, 胡小燕
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.005
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    随着摩尔定律接近极限,国际半导体技术发展路线图已于2016年停止更新。IEEE和SEMI联合发起新的技术路线规划,并制定异构集成路线图,该路线图自2019年发布第一版以来,已成为业界新的准则。针对此类路线图的发展方式和演变规律,剖析异构集成路线图2021版的主要更新亮点,探索技术路线的全面性、阶段性和可量化性,挖掘其对我国微系统发展的指导性意义,并在微系统协同设计和建模、微系统标准规范制定、可靠性技术突破等发展方向提出了建议。
  • 曾策, 廖承举, 卢茜, 张继帆, 廖翱
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 46-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.006
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    军事电子装备和民用通信系统复杂度日益提升,射频(Radio Frequency,RF)集成技术正从传统的混合集成技术或多芯片组件技术向芯片化的系统级封装技术(System in Packaging,SiP)快速发展。对射频系统级封装(RF-SiP)中的高性能互连技术需求进行了分析,依据先进封装互连技术的发展趋势,总结了芯片倒装集成、芯片埋置与扇出以及三维堆叠等技术在面向RF-SiP应用的最新研究进展,最后提出了射频系统级封装互连技术的主要挑战和发展方向。
  • 微系统专辑——微系统建模与仿真
  • 张桐铨, 吴晓东, 马盛林
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 58-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.007
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    基于硅通孔(Through Silicon Via,TSV)转接板的三维堆叠集成封装包含许多不同材料的复杂微结构,因此会因热应力而带来可靠性风险。同时,复杂的微结构会导致有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)中包含大量单元或节点,并消耗大量计算机资源,建模和仿真变得非常具有挑战性,使用粗网格又可能导致求解不准确。探索了一种模型简化方法,使用梁单元对键合层的凸点进行简化,再使用子模型技术分析危险位置凸点的应力情况。该方法简化了模型,大大减少了计算机资源。在热-力耦合分析中,两个模型之间的位移偏差小于1%,使用子模型技术也很好地预测了最大位移处凸点的应力情况。
  • 张涛, 王勇, 冯长磊, 周政, 夏靖超, 胡培峰
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 67-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.008
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    微系统技术是未来航空航天领域重点研究方向,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术是其关键技术之一。目前,普遍采用单因素研究TSV多场耦合下的可靠性,其影响机理研究不够全面。针对此问题,采用有限元仿真分析手段,通过正交实验方法研究了不同直径和节距交互作用下TSV结构在电热耦合下的温度响应以及热力耦合下的应力响应情况。通过仿真结果分析了电热耦合下TSV直径与节距分别对其温升和局部热流密度的影响规律,基于函数推导解释了TSV温度随TSV直径变化的现象。分析了热力耦合条件下TSV直径与节距对其最大等效应力的影响规律,解释了TSV结构在径向出现应力叠加现象的原因。综合考虑电热耦合及热力耦合仿真结果,得到了2.5D微系统用TSV直径及节距的一般性设计建议。
  • 微系统专辑——微系统集成封装
  • 李居强, 廉运河, 王梦雅, 顾林
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 78-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.009
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    机电控制系统作为电子系统中的重要组成部分越来越面临着小型化、轻量化的迫切要求,系统级封装(System in Package,SiP)作为后摩尔时代的重要技术路线,其高集成、高性能等优点引起国内外广泛关注。为在有限空间内仍能达到超高的功能集成度,通过晶圆级封装等一系列SiP技术将全国产化的电路和硅通孔(Through Silicon Via,TSV)芯片进行再布线重构,以封装堆叠(Package on Package,PoP)形式较好地解决了多电路集成、尺寸、质量、生产成本等问题。对比相同功能分立器件形式的电路,体积从70mm×120mm×5mm减小到20mm×29mm×3mm,质量从67.0g减小到1.7g。在尺寸空间狭小、质量敏感和对性能有一定要求的领域,采用晶圆级机电控制SiP电路代替常规电路板级分立器件,可以有效提高产品的性能和集成度,并显著减小体积和质量。
  • 汪金华, 潘协根, 沈时俊, 庄永河, 李鸿高
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.010
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    在航空航天、工业自动化等领域,电流/频率转换器主要是对加速度计等电路输出电流进行高精度测量。随着工业技术的发展,对电流/频率转换器的小体积和高性能提出了越来越高的需求。在典型电荷平衡式拓扑结构基础上,提出了一种新的融合模拟电路及多维数字算法补偿的电流/频率转换电路拓扑方案。其引入分流电路,采用改进的展宽复位逻辑控制算法,并利用单片机进行标度因数温度补偿、非线性补偿和零偏补偿,产品性能较原方案提升1~2个数量级。在工艺结构设计方面,为减小产品体积,对部分子电路进行了多芯片组件系统级封装(System in a Package,SiP)集成设计,通过优化布局布线并对数字板和模拟板进行三维堆叠组装,相对便捷地实现了电路的小型化设计。经数轮迭代,研制的产品经测试性能优异,非线性度小于1.5×10-5,零偏小于6nA,标度因数温度系数小于1×10-7/℃,尺寸仅为80mm×60mm×15mm。
  • 微系统专辑——导航微系统
  • 何佳华, 吴新冬, 申冲, 刘俊, 唐军
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 92-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.011
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    面对全球卫星导航系统(GNSS)拒止条件下的自主定向需求,制备了纳米阵列式金属偏振光栅,搭建了仿生偏振定向系统,并开展了高鲁棒偏振定向方法研究。针对多云、阴天等恶劣天气引入偏振成像噪声导致定向精度严重下降的问题,采用DeamNet网络对获取的偏振图像进行降噪处理,随后利用太阳在相机坐标系与导航坐标系中的位置关系,实现对绝对航向角的高鲁棒测量。对所提出的高鲁棒仿生偏振定向方法进行了静态与车载试验验证,结果表明:在复杂天气下对比传统定向方法,本方法定向均方误差降低为原来的12.5%。在动态车载定向试验下,均方误差(RMS)优于0.98°。
  • 井中武, 林新华, 林威, 周子栋, 张瑞
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.012
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    电子罗盘中加速度传感器和磁传感器特性受温度影响,导致其输出的航姿信息存在温度漂移。基于三轴加速度传感器和三轴磁传感器的误差模型和标定方法,提出了相应的温度补偿方法。针对三轴加速度传感器的传统“六位置法”获取的转换矩阵存在与补偿灵敏度系数不一致和非正交相关的误差参数无法分离的问题,提出了一种基于转换矩阵对角元素归一化的方法,实现了三轴加速度传感器不同温度下相对灵敏度系数的获取。而对于三轴磁传感器,采用“误差分离法”可直接解算不同温度下的灵敏度系数和偏置。采用最小二乘拟合方法,获取了与加速度传感器和磁传感器灵敏度系数和偏置相关的温度补偿参量,最终实现了电子罗盘的温度补偿。实验结果显示,该方法具有较好的温度补偿效果,显著减小了温度对三维电子罗盘磁北角量测精度的影响。
  • 黎蕾, 丁涛杰, 杨芳, 杨兵
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 109-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.013
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    导航计算机作为导航系统的核心设备之一,面临的小型化、轻量化需求日益迫切。作为一种高密度封装手段,系统级封装(System in Package,SiP)可以将多种功能压缩进更小的外形尺寸,在实际应用中具有较大的优势,代表着小型化的发展趋势。针对机载设备、智能装备等应用系统对导航计算机小型化、轻量化的需求,设计了一种基于先进封装技术的导航计算机SiP电路。通过集成电路研制典型路线与SiP产品研制工艺相结合的技术路线,采用全国产化的电路,较好地解决了工艺兼容、信号混合、芯片体积、开发成本等问题,体积仅为36mm×36mm×6.5mm,整体模块质量约20g。在导航计算机体积、质量和性能要求较高的领域,采用通用导航计算机SiP电路替代传统板级电路,可以提高产品性能的同时减小体积和质量。
  • 陈涛, 丁涛杰, 杨兵, 郑利华, 潘晗
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 117-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.014
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    随着导弹装备信息化、精确化程度不断提高,其制导控制系统的设计越来越复杂,对制导控制系统小型化的设计需求越来越强烈,针对这一需求设计了一种基于系统级封装(System in Package,SiP)技术的复合制导微系统电路。设计采用成熟的封装工艺,降低了制造难度。建立了复合制导微系统电路仿真模型,并进行了多物理场仿真分析,仿真结果表明:裸芯关键信号的信号质量和时序、电源的直流压降和电流密度以及热管理方面满足设计要求。通过搭建自动化测试环境,设计测试向量,利用自动化测试设备(Automatic Test Equipment,ATE)测试芯片功能,测试结果表明芯片功能正常,满足设计要求。采用SiP技术设计出来的芯片尺寸为27mm×27mm×1.27mm,实现了新型制导控制系统小型化的需求。
  • 冯笛恩, 龚静, 樊鹏辉, 杜明成, 夏林
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 123-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.015
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    随着技术的发展,微小型无人机智能化水平逐步提高,这对机载设备的小型化、轻量化提出了更高的要求。提出了一种基于系统级封装(System in Package,SiP)与封装体叠层(Package on Package,PoP)技术的微小型无人机飞控导航微系统设计方法,通过以晶圆级处理、芯片堆叠、倒装焊等为核心技术的SiP集成方式以及以穿塑孔(Through Molding Via,TMV)方式为核心的PoP集成方式,将飞行控制器中的核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,大幅减小了系统的尺寸、质量与集成复杂度。产品实现与飞行试验表明,该微系统不仅可以满足微小型无人机飞行控制的需求,还能够降低硬件系统的设计难度,提高飞行控制器的可靠性与无人机的安全性。
  • 微系统专辑——射频微系统
  • 刘丽双, 郭浩, 朱政强, 唐军, 任天令
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 133-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.016
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    固态原子自旋磁传感器具有磁灵敏度高、体积小等优势,在精密测量领域具有很好的发展前景。面向高灵敏度固态原子自旋磁传感器对大功率高均匀微波激发天线的需求,设计了一种类环形磁耦合天线结构,通过增加不规则移相回路和环形开口结构使微波场在环形天线中心处叠加,产生大功率高均匀微波场。实验中,通过仿真得到该结构S11参数为-20.8dB,微波非均匀性小于6%。同时,通过与传统环形天线对比测试,该类环形天线使固态原子自旋ODMR谱对比度提升了330%,相应的磁传感灵敏度提升了约450%,实现了对固态原子自旋磁传感结构的灵敏度提升,为高灵敏固态原子自旋传感测量技术提供了技术支撑。
  • 郝木真, 刘晓东, 胡洲勇, 刘志哲, 王川, 孙迪
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 140-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.017
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    在毫米波锁相环频率合成器中,压控振荡器输出的高频信号通常需要经过预分频后输入至多模分频器进行连续整数分频,而提高多模分频器的工作频率以减少预分频器级数可以提高锁相环系统的相位噪声性能。为实现高频环境下的连续整数分频功能,介绍了一种基于55nm CMOS工艺的9GHz~18GHz宽带高速可编程多模分频器的设计。该设计采用多级2/3分频器级联结构,通过控制有效的级联级数扩展分频范围,使之可实现16~524287连续分频比,通过采用电流模逻辑和扩展真单相时钟技术提高了工作频率。完成了版图绘制和寄生参数的提取仿真,后仿真结果显示,整体电路实现了9GHz~18GHz的工作频率范围。当输入信号被分频至100MHz输出时,相位噪声约为-142dBc/Hz@1kHz,具有高频率、大带宽、低相位噪声的优点。
  • 刘劲松, 曹佳, 王飞, 陈鹏伟, 孙翔宇
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 147-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.018
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    针对高数据率无线通信以及高分辨率成像雷达对毫米波微系统提出小尺寸、高集成度和二维宽角电扫描的需求,传统设计方法和工艺技术难以胜任。探索了可扩展晶圆级相控阵设计方法和工艺技术,解决了W波段低剖面、二维宽角有源电扫描阵列(Active Electronically Scanned Array,AESA)雷达的集成难题。采用三层硅通孔(Through Silicon Via,TSV)转接板堆叠将16颗4通道锗硅(SiGe)芯片与贴片天线单元进行三维异构集成,实现了W波段8×8单元二维有源电扫描阵列晶圆封装。封装尺寸为18mm×19mm×0.93mm,接口形式采用球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)。测试结果表明,波束在2GHz带宽内无栅瓣扫描范围可达±45°,实测结果与仿真结果相吻合。研究结果验证了TSV转接板三维异构集成技术是解决W波段二维有源电扫描阵列集成难题的有效技术途径,所采用的“电路-封装”协同设计仿真可作为类似毫米波微系统的设计参考。
  • 微系统专辑——可靠性技术
  • 李林森, 朱喆, 汪涛, 车江波, 崔嵩
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 157-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.019
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    作为未来装备供配电系统集成化、小型化的关键,功率微系统重点需要解决功率芯片的大电流、高散热组装封装难题。研究了预置金锡薄膜在功率微系统封装中的应用,首先在氮化铝高温共烧多层陶瓷(AlN-HTCC)基板表面预置金锡薄膜作为芯片高精度集成焊接区,接着采用真空共晶焊工艺将功率芯片焊接到基板表面实现高导热可靠散热,最后通过焊接金属盖帽实现气密封口。该封装技术具有导热好、可靠性高、贴片精度高、体积小、质量小的优点,在功率、光电、微波等微系统领域具有良好的应用前景。
  • 伍天翔, 李军辉
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 166-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.020
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    随着集成封装技术的发展,封装尺寸不断缩小,热能和电流密度不断增大,导致失效现象频发。针对耦合场作用下的制导与控制(Guidance and Control,GNC)芯片的可靠性问题,对未填充和填充物料的GNC芯片进行了热电耦合实验,以分析其失效形式与填充物的作用。经过对不同制作工艺样品的分析与对比,讨论了热电耦合失效形式及填充对倒装芯片寿命的影响。研究发现,在热循环与电迁移的耦合作用下,蠕变和热应力是引起焊点失效的主要因素。电流的加入促进了金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMC)的生长和Kirkendall空洞的产生,而热疲劳产生的初始裂纹和孔洞经过热应力和电流的耦合加速了失效的速度,但通过填充材料可削弱热应力的作用,提高了GNC倒装芯片的寿命。
  • 萧金庆, 李军辉
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 174-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.021
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    为实现芯片高性能、小尺寸、低功耗和低成本的目标,先进的三维集成电路(3D-IC)成为了研究热点。基于所建立的三维集成微系统(Three-dimensional Integrated Structure Microsystem,3D-ISM),采用有限元模拟仿真方法对其进行了热循环可靠性研究。在仿真过程中施加了-40℃~+125℃的温度循环载荷,研究了三种基板类型对仿真结果的影响。结果表明,通过比较不同基板类型下的最大应力和变形量,AlN基板上的硅通孔(Through Silicon Via,TSV)铜柱和焊点表现较优。因此,AlN陶瓷基板具有最优的抗热循环性能,其研究结果可为3D-ISM集成设计提供重要的理论依据和可靠性预测。
  • 吕明涛, 何虎
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 181-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.022
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    随着微电子封装技术不断向高性能、高密度方向发展,系统级封装(System in Package,SiP)等先进封装技术也被应用于弹载微系统中。在高加速度冲击载荷作用下,互连层的失效成为影响微系统可靠性的重要因素。针对冲击方向对封装器件可靠性影响的问题,借助有限元软件LS-DYNA分析了三种冲击姿态下互连层的失效机理,并提出了相应的底填优化方案,能够较好地降低危险位置的受载水平。仿真结果表明:封装结构以垂直于冲击载荷方向布置时,互连层的冲击可靠性最高,基于边角冲击的底填优化方案能够显著提升互连层抗冲击性能,边沿填充方式使得互连层的等效塑性应变降低了90%以上。
  • 郭芃, 邬俊杰, 朱嘉婧, 姜颖, 冯立辉
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 192-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.023
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    作为新型高性能、低成本、小尺寸惯性传感器,MEMS陀螺仪被广泛应用于消费电子、汽车工业、航空航天等领域。但由于结构特性,MEMS陀螺仪容易受共振干扰而失效,严重影响了其可靠性。通过推导MEMS陀螺仪在共振干扰下的动力学方程,理论分析了共振干扰失效机制,并利用共振干扰实验进行验证,还比较了声波和振动两种共振干扰的差异。随后,根据干扰机制,提出了远程可控干扰MEMS陀螺仪的方法。最后,提出了基于双路正交解调算法的共振干扰防护方案,并利用此方案实现了对共振干扰的预警。研究结果表明:MEMS陀螺仪在声波和振动两种共振干扰下的表现十分相似,利用远程可控干扰方法可以成功让陀螺仪输出指定波形,所提双路正交解调算法可以有效抑制共振干扰的影响。
  • 微系统专辑——其他
  • 杨爽爽, 楚尧, 董伉伉, 唐飞
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 202-209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.024
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    智能化社会需要数以万计的分布式传感器,利用电池进行供能有一定的局限性。针对分布广泛的传感器网络终端节点的供能问题,一种有潜力的方案是收集环境中的能源,因地制宜地为微纳系统供能。提出了一种磁支持式的接触分离模式混合发电机,该混合发电机以磁铁对代替传统的弹簧支持结构,并在纳米发电机的基础上引入电磁线圈,形成混合发电机。相比于弹簧支持式纳米发电机,磁支持式在相同能量的外部激励下能够输出更大的电压和电流,纳米发电机和电磁发电机具有完全不同的发电特性和基本相当的发电能力。综上,相比于弹簧支持式纳米发电机,磁支持式具有更强的低能量机械能拾取能力,在磁支持式纳米发电机的基础上形成的混合发电机能够大幅增加发电机整体输出能力。
  • 刘嘉, 潘协根, 尹化婷, 庄永河, 李林森
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 210-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.025
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    随着MEMS 加速度计的广泛应用,对MEMS加速度计性能与集成度的要求越来越高,应力引发的性能下降问题随之凸显。为了提高MEMS加速度计整表稳定性,提出了一种减小封装应力的方案。在讨论封装过程中应力来源的基础上,以开发的一款陶瓷-金属一体化MEMS加速度计为例,建立了有限元模型,仿真并分析了封装衬底材料、互连材料、封装结构对应力的影响,优化后的封装方案在样机中进行了验证,样机零位温度系数达到0.15mg/℃。研究结果可以指导MEMS惯性器件的低应力封装,为后续相关领域的微系统集成提供参考依据。
  • 林盛受, 梁金星
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 218-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.026
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    石英加速度计的关键结构尺寸直接影响着加速度计的灵敏度及量程等性能,因此在结构设计中至关重要。针对一种新型的石英振梁加速度计在关键结构尺寸的设计上所存在的盲目性及灵敏度普遍不高的问题,建立了石英振梁加速度计的结构力学模型,通过理论分析获取了影响加速度计灵敏度与量程的主要结构参数及其作用机理,有限元仿真结果验证了振梁及质量块的尺寸参数对加速度计性能的影响。在此基础上对整体结构参数进行优化,最终得到的石英振梁加速度计标度因数可达117Hz/g,测量范围为±50g。理论与仿真结果表明:通过结构优化所得到的尺寸参数合理,且加速度计的灵敏度明显提高,为石英振梁加速度计进一步的研究提供了有利的参考。
  • 冯政森, 孙晓冬, 顾林, 曾燕萍, 黎蕾
    导航与控制. 2022, 21(3-4): 225-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.h3.027
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    高密度陶瓷柱栅阵列(Ceramic Column Grid Array,CCGA)封装振动可靠性要求较高,由于管脚排布紧密,在振动条件下焊柱根部发生断裂等失效后难以检测,缺乏有效实用的风险评估手段。针对高密度微系统封装结构,在微系统板级建模的基础上采用频域仿真方法提取CCGA焊柱的频率响应,较好地完成了模型简化和随机振动载荷输入,得到了焊柱和印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的三区间应力应变分布,并利用结构的功率谱密度对该CCGA封装进行了寿命预测,对不同高度和直径的焊柱进行了对比,得出了焊柱高度和直径参数的优化趋势。对某高密度CCGA封装微系统的振动疲劳仿真分析表明,焊柱和PCB板在振动试验条件下的最大应力分别为32.4MPa和45.6MP,小于材料的许用应力。同时,预测了封装结构的振动疲劳寿命,通过对焊柱的高度和直径进行仿真优化,焊柱的振动疲劳寿命综合提升了13%,有效保证了封装结构的振动疲劳可靠性。