Конструктивно-технологические основы создания инерциальных микроэлектромеханических систем

Цель исследования - разработка конструктивных и технологических основ создания инерциальных микроэлектромеханических элементов, изучение актуальных методических решений для построения приборов на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС). Уровень и направление прикладных достижений в области микромеханических инерциальных датчиков часто связаны с возможностями технологической базы разработчика, по сути не существовало единого системного подхода к выбору того или иного конструктивно-технологического параметра изделия или схемотехнической реализации. Данное исследование направлено на решение этой актуальной проблемы. Сформулирован научный подход, в основе которого лежит выделение набора факторов, существенно лимитирующих и определяющих качество создаваемых инерциальных элементов микросистемной техники. Наиболее важные с точки зрения ценности проводимых исследований или технических требований факторы оцениваются по критериям, которыми могут быть как объективные физические величины, так и экспертные оценки. Пять основных факторов, наиболее подробно рассмотренных в работе: материал, электромеханическая взаимосвязь, прочность к внешним воздействиям, точность, масштаб. При детальном рассмотрении указанных факторов был предложен ряд инструментов научного подхода, имеющих высокую научную значимость: метод технологической балансировки частоты кольцевого резонатора, основанный на снижении массы и изменении геометрии фрагментов чувствительного элемента; метод измерения динамических характеристик ДУС, основанный на перемене ориентации вращения с помощью двухосного поворотного стенда и позволяющий получать данные для трёхмерной АЧХ и ФЧХ при различных, в том числе предельных, угловых скоростях на малых частотах; критерий годности сигнала коррекции для быстровращающейся системы ориентации (БВСО), заключающийся в отсутствии сингулярности, точки перегиба или смены вогнутости, не свойственных нормальной окружности на двумерной калибровочной картине. Практическая значимость работы заключается в том, что сформулированы основные подходы к созданию и серийному изготовлению инерциальных МЭМС. Исследованы актуальные методические решения для построения указанных приборов. Изготовлены и исследованы действующие образцы микромеханических элементов (акселерометров, гироскопов, датчиков удара) и систем (БИНС, экспериментальный образец БВСО), проведены их успешные испытания, подтверждающие правильность предложенного научного подхода, а также адекватность предложенных критериев и их оценок.