Instrumentacion

Superficies y Vacío 23 (3) 26-31,septiembre de 2010

©Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de Superficies y Materiales

Análisis y caracterización de un acelerómetro capacitivo fabricado con tecnología

polymump’s
R. I Rincon-Jara*, R. Ambrosio, J. Mireles Centro de Investigación en Ciencia y Tecnología Aplicada, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Departamento de Eléctrica yComputación. Ave. Del Charro 450 N, C.P. 32310, Cd. Juárez, Chihuahua, México (Recibido: 30 de septiembre de 2009; Aceptado: 20 de agosto de 2010)

En este trabajo se presenta el análisis y caracterización del diseño de un acelerómetro del tipo capacitivo desarrollado en el CICTA y fabricado con tecnología PolyMUMP’s.Actualmente los acelerómetros MEMS son fabricados con los procesos convencionalescomo el micromaquinado en bulto y el micromaquinado en superficie, siendo este último utilizado para cuando se requiere integrar la estructura mecánica y los componentes electrónicos en el mismo encapsulado [1], así mismo los acelerómetros MEMS se clasifican según su método de transducción siendo el más utilizado el capacitivo [1][2]. Simulaciones experimentales de referencia mediante Coventorindican que para la utilización de un sensado capacitivo, se requiere un sistema que pueda detectar fF (fempto Faradios) de resolución, lo cual es un problema de ingeniería y conectividad no sencillo. Este trabajo describe una técnica para obtener los parámetros de operación del acelerómetro utilizando pruebas tanto mecánicas como eléctricas. Las figuras de merito más importantes obtenidas en estetrabajo son: la sensibilidad y la No-linealidad. Los resultados obtenidos mostraron un valor de sensibilidad por el cambio de voltaje en relación a la gravedad de 1.4 mV/g y la No-linealidad R2 presentó una fuerte correlación positiva mejor al 0.8%, con un rango de sensado de 12g’s. Los parámetros de operación de nuestro dispositivo fueron comparados con el estado del arte de otros trabajos dereferencia y con datos reportados en la literatura, estos indicaron que nuestro dispositivo es muy prometedor para aplicaciones en los sistemas automotrices. Palabras clave: MEMS (Sistemas Micro Electromecánicos); Acelerómetro; Masa sísmica; Frecuencia de resonancia; Sensores capacitivos. This work presents the analysis and characterization of a capacitive accelerometer fabricated with PolyMUMP'stechnology. The structure contains a proof mass which is suspended between fixed rigid electrodes to sense differential capacitance measurement. The accelerometer structure was simulated by the software Coventorware. The simulation and modeling results suggested the use of low detection capacitance system in the range of fF (fempto Farads) resolution for dynamics conditions, which is an engineeringproblem and non-simple connectivity. Also, this paper describes a technique for calculating the operation parameters of the accelerometer using electrical and mechanical test stimulus. The most important figures of merit of the device such as: sensitivity and the Non-linearity are presented. The results showed a value of sensitivity by the change of voltage in relation to the gravity of 1.4mV/g and thenon-linearity was better than 0.8%, with a sensing range of 12 g’s. The operation parameters of our design are compared with the state of the art and data reported in literature, which indicated that it is very promising for application in automotive systems. Keyworths: MEMS (Micro Electro-Mechanical System); Accelerometer seismic mass; Resonant frequency; Capacitive sensors

1. Introducción Enla actualidad el diseño de acelerómetros MEMS consiste de un sistema de suspensión y de una masa de prueba cuya deflexión provee una medición de la aceleración. Estos dispositivos están clasificados según su fabricación, según el método de transducción del dominio mecánico al eléctrico y el tipo de sistema de control utilizado. Dos procesos de fabricación son los que dominan en el diseño de los...