浅谈几种MEMS麦克风结构中的非线性振动

摘要：

由于尺度效应带来的大变形问题,两端固支梁具有的硬弹簧效应将引发MEMS结构的非线性”达芬”振动,影响其线性度和振幅,周边固支的圆薄板亦然.本文以一种新型高线性度弓形支撑梁和褶皱圆薄板为例,讨论了输入声强力与敏感位移转换环节间的线性关系.进一步地,讨论了MEMS麦克风结构中的应力加强式非线性振动模型对THD、AOP指标的权衡与结构可靠性的影响.以两端固支梁为例，说明MEMS结构中的超静定结构均存在硬弹簧效应，在受较大载荷时会发生非线性“达芬”振动，从而影响结构工作的线性度和稳定性。MEMS麦克风的膜片作为波纹圆板，也与梁结构类似，存在相应的非线性特性。讨论了MEMS麦克风结构中的应力加强式非线性振动模型对THD,AOP指标的权衡与结构可靠性上的权衡。介绍了MEMS麦克风膜片的非线性力学和非线性振动的力学理论，不仅使用有限元仿真的方法，更可以通过寻求解析解的方法，寻找结构的最优参数点。总之，在麦克风系统中，存在本文讨论的力学载荷到位移转换环节的非线性，也存在如文献讨论的位移到电容和电容边缘的非线性，后端尚有电容到电荷或电压的物理量转换环节的非线性和饱和特性，这几个环节的非线性因素，共同决定的麦克风的THD,AOP等性能指标。

关键词： 麦克风 微电子机械系统 非线性振动 弓形支撑梁 褶皱圆薄板

作者: 万蔡辛

作者单位: 山东共达电声股份有限公司,山东潍坊,261200

会议类型: 国内会议

会议名称: 第五届电声技术国际研讨会( International Symposium on ElectroAcoustic Technologies)(ISEAT 2015)

会议地点: 深圳

会议语种:中文

页码: 327-333

在线出版日期: 2015-11-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）