【摘 要】
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MEMS技术带来了传感器的革命性变化。与传统传感器相比,压阻式MEMS压力传感器具有尺寸小、测量精度高的优点,在工业界得到了广泛应用。影响压阻式MEMS压力传感器性能的因素有很多,目前大多数的研究聚焦在传感器的结构与几何尺寸上。本文针对温度场、制造工艺缺陷、结构中裂纹的影响进行深入研究。首先,分析了压阻式MEMS压力传感器的工作原理,包括硅的压阻特性,惠斯通电桥的结构以及惠斯通电桥将待测压力转换为
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MEMS技术带来了传感器的革命性变化。与传统传感器相比,压阻式MEMS压力传感器具有尺寸小、测量精度高的优点,在工业界得到了广泛应用。影响压阻式MEMS压力传感器性能的因素有很多,目前大多数的研究聚焦在传感器的结构与几何尺寸上。本文针对温度场、制造工艺缺陷、结构中裂纹的影响进行深入研究。首先,分析了压阻式MEMS压力传感器的工作原理,包括硅的压阻特性,惠斯通电桥的结构以及惠斯通电桥将待测压力转换为输出电信号的过程。然后,推导传感器在多物理场作用下的有限元控制方程及其等效积分弱形式,把由几何建模软件、网格划分软件得到的模型网格数据导入Free Fem++中,编程计算,得到温度场、制造工艺缺陷、结构中的裂纹等因素对压阻式MEMS压力传感器灵敏度与固有频率的影响规律。本文定义了膜厚不均匀,基底倾角变动,电阻分布不对称等3种类型的结构缺陷。结果显示,温度对压力传感器的灵敏度及固有频率不起作用;电阻分布不对称使压力传感器的灵敏度减小,固有频率几乎不变化;由弹性膜片内缩导致的基底倾角减小时,传感器的灵敏度减小,固有频率增加;由弹性膜片外扩导致的基底倾角增大时,传感器的灵敏度增加,固有频率下降;由于工作损伤在硅膜上出现的裂纹对压力传感器的灵敏度及固有频率有一定影响,但影响较小。以上结果对制造工艺有潜在的参考价值。
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