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大气压力传感器的设计与制造

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发表于 2021-10-16 16:56:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
大气压力传感器在工业生产、气象预报、气候分析、环境监测、航空航天等方面发挥着不可替代的作用。传统的压力传感器一般为机械式,体积比较大,不利于微型化和集成化。利用MEMS技术不仅可以解决上述缺点,还能极大地降低成本,而性能更为优异。如今基于MEMS技术得到广泛应用的压力传感器主要有压阻式和电容式两大类,压阻式压力传感器的线性度很好,但精度一般,温漂大,一致性差;电容式压力传感器与之相比,精度更高,温漂小,芯片结构更具鲁棒性,但线性度差且易受寄生电容的影响。目前MEMS电容式压力传感器多用于过压测量,用于气象压力测量的较少且价格昂贵。为此,本文研制了一种高性能、低成本的微型电容气象压力传感器,整个流程工艺简单标准,薄膜材料选择单晶硅,采用接触式结构,利用阳极键合形成真空腔,最后由KOH各向异性腐蚀和深刻蚀形成硅薄膜。试验结果表明,该传感器适用于气象压力测量。

大气压力传感器的设计与制造
敏感薄膜是大气压力传感器最核心的部件,其材料、尺寸和厚度决定着传感器的性能。
目前敏感薄膜的材料多采用重掺杂p型硅、Si3N4、单晶硅等。这几种材料都各有优缺点,其选择与目标要求和具体工艺相关。硅膜不破坏晶格,机械性能优异,适于阳极键合形成空腔,从简化工艺的目的出发,本方案选择硅膜。
利用有限元分析软件ANSYS对接触式结构的薄膜工作状态进行了模拟。材料为Si,膜的形状为正方形,边长1000 μm,膜厚5 μm,极板间距10 μm。在1.01105Pa的大气压力下,薄膜中央接触部分及四个边角基本不受应力,四边中央应力最大为1.07 MPa,小于硅的屈服应力7 MPa。
更多压力传感器相关文章请见沧正传感:http://www.cazsensor.com

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