硅压力传感器基座受力变形时的输出性能*

胡国清1龚小山1周永宏2邹崇2Jahangir Alam1

(1.华南理工大学 机械与汽车工程学院， 广东 广州 510640；

2.福建上润精密仪器有限公司， 福建 福州 350015)

摘要：为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响，首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据；再利用ANSYS进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响；然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响,对基座结构进行适当优化,并对比仿真分析的结果；最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据.结果表明，传感器基座结构优化后，传感器硅芯片中心最大变形量从2.172μm降低到1.819μm，输出误差从0.95%下降到0.60%.

关键词：压力传感器；硅传感器；输出性能；有限元分析；结构优化

中图分类号：TH86

doi：10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.001

文章编号：1000-565X(2015)03-0009-06

收稿日期：2014-09-04

基金项目：* 国家自然科学基金资助项目(51175184)

作者简介：曹彪(1963-)，男，教授，博士生导师．主要从事数字化电源设备及智能控制研究．E-mail: mebcao@scut.edu.cn

目前硅压阻式压力传感器技术是传感器行业一项逐渐成熟的技术,硅压力传感器是微机电系统(MEMS)设备中主要的应用之一[1-2]；但其对精度和稳定性的要求比以往更加严格.

近年来,国内外广泛开展了关于硅压阻式压力传感器的研究以及针对热应力、封装应力、静压力等对传感器性能的影响来对压力传感器进行优化设计的研究.Bakhoum、Ferreira等[3-4]研究了能承受10MPa左右静压、测量范围为0.01～1.00MPa的硅压阻式压力差压传感器，并从边缘长度与厚度之比方面对传感器方膜片进行优化设计；……