双面接触式电容压力传感器的设计及制造工艺流程

双面接触式电容压力传感器除了具有单面接触式电容压力传感器的优点 ,还有它的特别之处 :双面接触式电容压力传感器被施加同样的压力时 ,可以得到比单面接触式电容压力传感器增大一倍的电容量和灵敏度 ,而且不会因此增加多少成本 ;工作时可靠性更高 ,即使一面失灵还有另一面可以正常工作。文中就双面接触式电容压力传感器的工艺进行了初步设计。

新型接触式电容压力传感器

与其他类型压敏器件相比,接触式电容压力传感器(TMCPS)有着明显的优点,例如较好的线性,高灵敏度和大过载保护能力等。为了达到更好的性能,设计了一种新型的接触式电容压力传感器(DTMCPS),这种新型的结构是在传统的TMCPS的底部电极上刻蚀了一个浅槽。与现有的接触式电容压力传感器相比,这种结构可以实现更好的线性和更大的线性范围。使用有限元分析软件对膜片的变形进行了分析并阐述了传感器的结构和工艺过程。分析结果表明这种新型结构的传感器可以在保持传统结构优点的同时实现更高的灵敏度,更好的线性和更大的线性范围。

非接触式电容压力传感器敏感元件的设计及性能分析

将中心岛膜结构的压力敏感膜用在非接触式电容式压力传感器中,解决了平膜结构带来的各点挠度不同、非线性和需要后续补偿电路的问题。通过对材料为多晶硅的中心岛膜进行结构优化设计和挠度、应力等力学性能分析。计算了在不同外加压力条件下压力敏感膜的电容数值、灵敏度和线性度。根据优化设计,外加压力在0.2～1.4×10^5Pa间变化时,电容值在0.0251～0.0281pF间变化;通过分析两种结构敏感膜在XY面内同一位置与中心挠度差的变化率,中心岛膜结构的变化率为49.4%低于平膜结构1.7%。因而中心岛膜结构比平膜结构有更好的灵敏度和线性。

ANSYS在接触式电容压力传感器非线性分析中的应用

通过对接触式电容传感器结构原理的分析 ,运用ANSYS对传感器膜片在外加压力作用下的接触和大变形等非线性问题进行分析 ,并基于有限元法编写相应的程序 ,直接得出输出电容与外加压力之间的关系。比较实验结果 ,验证了ANSYS对接触式电容压力传感器非线性分析的可行性 。

高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析

为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中,使用ANSYS软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明,在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入(压力)-输出(电容)特性的影响是线性的,且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时,双凹槽结构的灵敏度为1.21×10-6pF/Pa,比传统单凹槽的0.8×10-6pF/Pa高出50%,表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。

双动极板电容式压力敏感结构特性分析

在接触电容式MEMS压力敏感结构基础上,为扩展线性响应范围提高线性度,提出了双动极板电容式MEMS压力敏感结构。这种结构中电容的上极板和下极板均感压可动,其可动下极板对两极板的受压接触有缓冲调节作用,改善了响应性能。使用有限元法对结构的特性进行了仿真分析,讨论了结构参数对压力敏感结构性能的影响,结果表明双动极板电容式压力敏感结构和普通接触式相比线性响应范围可增大1倍以上,同时显著降低了非线性度。

双动极板电容式压力敏感结构最优尺寸研究

为提高双动极板接触电容式压力传感器设计效率,提出一种高效的设计方法。该方法可实现对指定量程和灵敏度的尺寸参数设计。通过有限元软件分析双动极板电容式压力敏感结构的极板厚度、极板半径与厚度比以及接触压力在不同情况下的输出特性,并结合膜片形变理论对腔体高度参数进行确定。结果表明,该方法在对指定量程的双动极板电容式压力芯片设计方面,具有较高的设计精度,并且能大幅度缩短接触电容式压力传感器的研发周期。