传感器技术是现代科学技术发展水平的重要标志,是构成现代信息产业的三大支柱之一。在各种传感器中,硅压力传感器是应用最为广泛的一种,主要包括压阻式、电容式和谐振式三种类型。目前应用最广泛的是压阻式,其中主要是扩散硅压力传感器,其扩散电阻与硅衬底之间是PN结隔离,但当工作温度超过120℃时,PN结漏电加剧,使传感器特性严重恶化以至失效。随着MEMS中新工艺和新材料的出现,压力传感器向微型化和低量程发展,必须进一步提高传感器的灵敏度,在不增加压力和芯片面积的情况下增加电阻上受到的应力,即使硅膜应力集中在电阻上。通常的做法是减小硅膜的厚度。但这样做一方面难以在工艺上控制薄膜的厚度,增大不均匀性;另外,当膜厚度小时,硅膜弯曲属于大挠度的非线性弯曲,导致传感器的非线性急剧增加,从而降低了测量精度,为了同时获得较高灵敏度和较好的线性度,必须对硅膜结构加以改进,代替原来的PN结,提高耐高温性能和稳定性。本文开展微型压力传感器芯片的力学性能分析与研究,为微型高温压力传感器的研究与开发提供理论依据。首先,运用材料力学、弹性力学和板壳理论,分析对比了C型平膜、E型膜和双岛膜三种应变膜结构的应力分布,为下一步的计算机模拟分析和力敏电阻在应变膜上的布置提供理论依据。其次,用有限元分析方法并借助ANSYS仿真软件,对上述三种应变膜进行了计算机模拟,探讨了应变膜表面应力分布、应力模型简化的合理性、应变膜尺寸参数对应力分布,温度对应变膜温度场分布和热应力分布的影响。接着,研究如何用ANSYS软件实现芯片的结构优化,建立了双岛型应变膜结构的简化力学模型、优化参数和数学模型、优化分析和控制文件。在设计空间内获得最优结果及其输出输入关系,设计变量和目标函数的变化关系。并设计了传感器上力敏电阻的分布、尺寸及其阻值大小和传感器的制作工艺流程。最后,运用ANSYS软件分别从模态分析、谐响应分析、瞬态结构动力学三个方面对传感器芯片的动态特性进行了研究,得出其动态响应特性。