快捷搜索:

基于MEMS的硅微压阻式加快率传感器的打算

  硅微加快率传感器是。MEMS器件中的一个要紧分支,具有相当广博的行使前景。因为硅微加快率传感用具有反响疾、机灵度高、精度高、易于小型化等便宜,并且该种传感器正在强辐射效力下能寻常职业,使其近年来生长赶疾。与海外比拟,邦内对硅微传感器的推敲起步较晚,所做的职业合键荟萃正在硅微加快率传感器的加工制作和外面推敲。文中以双端固支式硅微加快率传感器为推敲对象,借助Aasys软件对其功能实行仿真领会,从而选出功能优异的组织格式。

  压阻式加快率传感器是最早开辟的硅微加快率传感器,弹性元件的组织格式日常均采用微板滞加工时间酿成硅梁外加质地块的格式,操纵压阻效应来检测加快率。正在双端固支梁组织中,质地块像活塞相同上下运动,该组织格式的传感器示贪图,如图1所示。

  压阻式加快率传感器是最早开辟的硅微型加快率传感器,也是而今运用较众的一种。20世纪80年代初,美邦斯坦福大学的Roylance和Angell楬橥了第一篇先容硅微型加快率传感器的作品后,全硅传感器动手问世。跟着对硅微型加快率计道理推敲的长远以及工艺达成的众样性,硅微型加快率传感器的品种日益繁众,各类行使于差别局势下的硅微型加快率计数见不鲜,对硅微型加快率计的推敲也越来越受到人们的器重。

  压阻式加快率传感器体积小、频率规模宽、丈量加快率的规模宽,直接输出电压信号,不须要丰富的电途接口,大宗量坐蓐市价格低廉,可反复坐蓐性好,可直接丈量陆续的加快率和稳态加快率,但对温度的漂移较大,对装配和其它应力也较敏锐,它不具备某些低gn值丈量时所需的精确度。

  压阻式加快率传感器的弹性元件日常采用硅梁外加质地块,质地块由悬臂梁支持,并正在悬臂梁上修制电阻,相接成丈量电桥。正在惯性力效力下质地块上下运动,悬臂梁上电阻的阻值随应力的效力而产生转变,惹起丈量电桥输出电压转变,以此达成对加快率的丈量。

  压阻式硅微加快率传感器的楷模组织格式有许众种,已有悬臂梁、双臂梁、4梁和双岛-5梁等组织格式。弹性元件的组织格式及尺寸决策传感器的机灵度、频响、量程等。质地块也许正在较小的加快率效力下,使得悬臂梁上的应力较大,提升传感器的输出机灵度。正在大加快率下,质地块的效力大概会使悬臂梁上的应力胜过降服应力,变形过大,以致悬臂梁断裂。为此高gn值加快率拟采用质地块和梁厚相当的单臂梁和双臂梁的组织格式,如图1和图2所示。

  Aasys是一个可正在微机上运用的归纳性有限元软件,是微机电体例策画中平常运用的有限元领会软件。通过有限元的领会阴谋可能预测悬臂梁上引力分散、固有频率、可测最大加快率等,进而诱导梁组织参数的抉择。进程对梁组织有限元的阴谋领会抉择单臂梁、双臂梁组织参数,如外1所示。

  由有限元阴谋结果,可能取得单臂梁和双臂梁上正在10 000gn加快率效力下压阻元件所受的均匀应力,如外2所示。

  压阻式传感器的悬臂梁常采用CVD工艺正在硅片上外延滋长一层外延层刻蚀而成,文中试用键合工艺制作压阻式加快率传感器。采用键合工艺便宜是能取得高质地的外延层,且悬臂梁的厚度通过硅片减薄工艺易于取得保障,严密的硅片单面研磨,厚度差错可能职掌正在0.5 μm以内;且不须要电化学自终了腐化,依托EPW腐化液对SiO2的腐化速率极慢,使得腐化流程终了正在SiO2层上,从而保障了硅片减薄后的厚度即为弹性梁的厚度。修制的传感器芯片尺寸3 mm×5 mm,封装正在陶瓷管壳中。选n型硅片,晶向(100),直径为50mm,厚度为300μm,电阻率为5~12 Ω·cm。传感器芯片加工工艺流程,如图4所示。

您可能还会对下面的文章感兴趣: