硅压阻式压力传感器耐冲击设计改进

在液压伺服系统中,压力传感器是重要的测量器件,其中硅压阻式压力传感器应用最为广泛。由于压力传感器会遇到压力冲击的恶劣环境,强烈的压力冲击会造成压力敏感芯体的波纹膜片凹陷,甚至撕裂,最终导致传感器的失效。为了解决该问题,该文利用液压系统的阻尼原理,在压力传感器内增加了阻尼设计。利用AMESim软件对设计进行建模和仿真,并对改进后的传感器进行实际测试。结果表明,阻尼设计改进可以提高硅压阻式压力传感器的耐冲击性。

压阻式压力传感器硅电阻条浅槽刻蚀的研究

MEMS压阻式压力传感器的电阻条刻蚀效果对传感器的性能及高温环境下工作寿命起着至关重要的作用。采用SPTS深硅刻蚀机以SF6为刻蚀气体,C4F8为保护气体进行刻蚀实验。通过改变刻蚀气体通入时长、保护气体通入时长以及射频功率进行参数匹配,根据台阶仪和SEM电镜的观察数据对刻蚀效果进行评估,最终确定了刻蚀气体流量25 sccm,刻蚀气体通入的时长为2.5 s;保护气体流量50 sccm,保护气体的通入时长为2.5 s,射频功率为2 500 W的刻蚀条件。该条件下刻蚀速率为1.54μm/loop。刻蚀均匀性为2.9%.

绝缘体上硅高温压力传感器研究

采用有限元分析工具ANSYS完成了一种矩形弹性膜绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器的优化设计,制作出样品,并与相同结构、工艺的多晶硅压力传感器进行了对比测试.结果表明:1∶2的膜片宽长比可以使SOI压力传感器的灵敏度达到220mV/MPa,远大于多晶硅压力传感器的灵敏度(约50mV/MPa).此外,该传感器能够工作在200℃的高温环境中,有良好的长期稳定性,30d内的零点时间漂移为0 12%.

MEMS高温压力传感器耐高温引线结构优化

绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。

扩散硅压阻式压力传感器非线性误差纠正方法

针对扩散硅压阻式压力传感器非线性误差纠正易受到误差传递算法的影响,导致纠正后最大相对波动较高的问题,本文提出基于恢复函数的压力传感器非线性误差纠正方法。采集扩散硅压阻式压力传感器信号数据,去除噪音信号,以恢复函数为基础,设计传感器的非线性误差传递算法;利用支持向量机算法构建非线性误差校正模型,再通过遗传算法优化模型参数,实现误差的良好补偿。实验结果表明:本文所提出的纠正方法应用效果与文献相比,传感器的最大相对波动分别降低了13.53%与7.08%,具有更优的应用性能,值得推广。

高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器的研究

针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析(FEA)对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0~40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/(kPa·V),非线性度达到0.108%F.S。在-40℃~125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.0047%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。

用于大气数据系统的硅谐振压力传感器

设计了一种用于机载大气数据系统的高精度微机电系统(MEMS)硅谐振压力传感器。采用了多层硅—硅键合技术、阳极键合技术以获得高稳定性的频率信号输出和圆片级真空封装,其具有高精度、高Q值的特点。芯片采用复合谐振梁—膜—硅岛结构作为谐振器部分,以减小面外谐振模态带来的性能影响。测试结果表明:在量程范围为3~130 kPa,温度范围为-55~85℃,该谐振压力传感器的全温全压精度高达0.01%FS。

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3~130 kPa、温度为-55~85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。

扩散硅压力传感器失效研究

扩散硅压力传感器具有精度高、利于小型化和智能化等特点而被广泛使用。针对该类传感器出现的不同失效模式,合理采用X射线检测系统、OBIRCH定位、荧光定位和SEM&EDS等技术,可以快速准确地定位失效位置。列举了芯片破裂、过电击穿、腐蚀迁移和连接不良等典型的失效案例,并介绍了在实际分析过程中如何应用上述定位分析手段,对分析类似失效案例起到了一定的参考作用。

基于硅谐振压力传感器的开环特性测试

谐振梁是硅谐振传感器的核心部件,其品质最终决定了传感器整体精度等级的高低。论文从硅谐振传感器开环特性的测试结果出发,利用了基于锁相放大器的开环测试系统,对谐振梁的振动特性进行了测量,得到了不同工作温度、不同激励条件下谐振梁的幅频特性曲线-温度曲线,据此分析得出测试结论,为实现闭环自激电路提供可靠依据。

静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励／电容检测的硅微机械谐振压力传感器，采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器，利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化，在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点，在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统，并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明：其基础谐振频率为33．886kHz，振动品质因数为1222；测量范围为表压0-280kPa，非线性为0．018％FS，迟滞为0．176％FS，重复性为0．213％FS；在--20-60℃的温度范围内，谐振器的平均温度漂移为-0．037％／℃。

基于MAX1452硅压力传感器温度补偿系统的设计

针对硅压阻式传感器存在的温度漂移误差和输出信号的非线性提出了利用MAX1452温度调理芯片进行补偿的方案。描述了传感器温度补偿系统的整体构架,着重阐述了MAX1452的补偿原理以及对传感器的补偿过程。测试结果表明传感器经过补偿以后,在-40-80℃的温度范围内输出的信号与压力成较好的线性关系,测量的误差小于0.8%。

MEMS正装传感器复合钝化层高温可靠性的研究

绝缘体上硅(SOI)所制备的压阻式正装压力传感器可在高温下良好工作,但高温环境下电阻条和金属引线长期暴露在环境中易受到氧化和腐蚀,对传感器的输出造成影响,使电学性能发生变化甚至失效,为避免这种情况,通常在表面进行钝化处理。文中采用SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层对SOI正装传感器芯片进行钝化,并且对钝化层进行高温老化考核,模拟高温和恶劣环境,验证其高温可靠性。实验结果表明:按照SiO_(2)厚度为200 nm、Si_(3)N_(4)厚度为300 nm的SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层能在350℃高温下对正装传感器进行有效保护且电学性能完好,满足芯片在高温下可靠性的要求。

OEM硅压力传感器温度补偿技术研究

OEM硅压力传感器除具有普通扩散硅压力传感器的灵敏度高、稳定性好等优点外 ,还具有体积小、价格低廉 ,易于批量生产等特点 ,成为市场的主导产品。文中对多种OEM硅压力传感器的温度特性曲线及其补偿电路进行测试、比较、分析 ,对传感器温度曲线可补偿性进行研究 ,实现了低温度系数厚膜网络温度补偿。

谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究

本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律,提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的措施。

硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高,使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性,而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。针对硅压阻式压力传感器这一"弱点",介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型,利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法,对补偿电阻求解,实现对温度漂移的补偿。该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的OEM型产品的大规模量产。

硅压力传感器的可靠性试验方法及失效分析

通过对一种特定结构的硅压力传感器进行动态综合应力寿命试验 ,探讨了硅压力传感器的可靠性实验方法 ;并对失效样品进行了解剖分析 ,研究了它在温度、电压和压力共同作用下的失效机理 ,分析了产品设计、工艺与可靠性的关系 ,提出了相应的改进措施。

基于硅隔离技术的耐高温压力传感器研究

采用硅隔离SoI(SilicononInsulator)技术 ,应用高能氧离子的注入方法 ,在单晶硅材料中形成埋层二氧化硅 ,用以隔离作为测量电路的顶部硅层与体硅之间因温度升高而造成的漏电流 .采用梁膜结合的压力传递机构 ,将被测压力与SoI敏感元件隔离开来 ,因此避免了被测压力的瞬时高温冲击 .给出了传感器的结构模型和实验数据 ,测试结果表明 ,这种新型结构的耐高压力传感器 ,具有较好的动静态特性 .

硅—蓝宝石高温大量程压力传感器设计

介绍了一种硅-蓝宝石高温大量程压力传感器的设计，提出了采用小直径C型膜片的一体化结构，通过合理排布力敏电阻条位置，能够制作出高精度大量程压力传感器。采用该设计研制出了量程分别为60MPa和100MPa压力传感器，其工作温度范围为-50-350℃；满量程输出≥100mV；精度优于0．1％；迟滞与重复性均优于0．05％FS。

硅压阻压力传感器在地下水监测中的应用

154N型硅压阻压力传感器具有结构紧凑、性能可靠等优点,被广泛应用于低压力监测场合。该传感器内部具有温度补偿电路以及经过激光调整的增益调节电阻,使得信号调理变得简单易行。为检测该传感器及其调理电路的性能,在同一套调理电路中分别应用了相同型号的四只传感器,以记录每只传感器在相同压力值的信号输出,并计算确定每只传感器的输出信号随压力变化的相关系数。通过对比四只传感器的相关系数,验证了传感器及其应用电路适用于液位测量。