On the Temperature Profile of the Thermally Excited Resonant Silicon Micro Structural Pressure Sensor

According to the sensing structure of a practical silicon resonant pressure micro sensor whose preliminary sensing unit is a square silicon diaphragm and the final sensing unit is a silicon beam resonator, its operating mechanism is analyzed. The thermal resistor acts as the excited unit, and the piezoresistive unit acts as the detector, for the above micro sensor. By using the amplitude and phase conditions, the self exciting closed loop system is investigated based on the operating mechanism for the abov...

谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装

为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa^110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。

基于自停止腐蚀技术的H型谐振式微机械压力传感器

为了提高压力传感器的精度并抑制温漂,提出了一种基于自停止腐蚀技术的"H"型双端固支梁、电磁激励、差分检测的微机械(MEMS)谐振式压力传感器。首先,通过有限元分析仿真优化了传感器的机械参数,得到了较高的灵敏度和分辨率。然后,基于浓硼扩散自停止腐蚀原理,采用MEMS体硅标准工艺加工出一致性较好的传感器样品。最后,采用非光敏BCB,在真空高温高压条件下将硅片与谐振器黏和键合完成了传感器的真空封装,并设计了应力隔离的后封装方法以降低温漂。实验结果表明:传感器的检测范围为0～120kPa,满量程非线性度低于0.02%,准确度达到0.05%FS,加入应力隔离后在-40～70℃的温度漂移不高于0.05%/℃。该传感器能够实现大量程高精度的压力测量,有效地抑制了温漂,具有较高的性能指标。

微结构谐振梁式压力传感器研究

利用微电子机械加工技术成功地研制出电势激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器 .传感器的谐振器的品质因素 Q值大于 170 0 0 .采用扫描检测方式和闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,其压力测试范围为 0～ 40 0 k Pa,线性相关系数为0 .99995 ,测试精度小于 0 .0 6 % F.S.

微型硅谐振式压力传感器的研制

利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0～ 40 0kPa ,线性相关系数 0 .9999,测试精度优于 0 .1%FS。

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％／℃。

一种用于复杂环境下的高精度微型谐振式压力传感器

微谐振式压力传感器因其体积小、精度高等特点而被广泛研究,本文基于谐振器在不同压力载荷下侧向振动时其等效刚度随轴向应力的改变而变化的原理,设计了一种静电激励/电容检测的谐振式压力传感器。本设计采用的谐振器结构与现有研究不同,通过在谐振梁的两边设计了两根侧梁用于抑制谐振器的Z向位移,提高了传感器的稳定性,并且双面梳齿结构和复合温敏梁可进一步优化传感器检测灵敏度等性能。在ANSYS WORKBENCH仿真平台下对其进行分析与验证,结果表明:侧梁可有效地抑制谐振器的Z向位移,在0~100 MPa范围内谐振器具有良好的正向应力特性;传感器基础谐振频率为29.834 kHz,在0~120 kPa范围内灵敏度可达29.6Hz/kPa,且最大过压1.5×FS时仍具备频率稳定性,这表明该传感器可应用于对灵敏度、抗过压等性能有更高要求的复杂环境中。

硅谐振梁式压力传感器模拟计算

本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构：以２×２ｍｍ２的方形硅膜片直接敏感被测压力，膜片的上表面架设有６００×５０×５μｍ３两端固支的硅谐振梁，间接感受压力作用，谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有频率与被测压力的关系进行测量。针对这种谐振敏感结构的特征，建立其数学模型，通过模拟计算，得到若干规律性的结果，给出一组合理的设计参数。

微机械氮化硅梁谐振式压力传感器

报导一种新型的电热激励、压阻拾振的氮化硅梁谐振式压力传感器。器件采用微电子机械加工技术和键合技术研制。谐振频率 85kHz ,空气中品质因素Q值接近 10 0 0 ,在真空中达到 40 0 0 0。采用闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0～ 40 0kPa ,灵敏度 2 3.8Hz kPa。

一种硅微谐振式压力传感器的敏感膜片设计

根据正方形膜片的变形和应力分布情况,提出了一种硅微谐振式压力传感器敏感膜片的设计方法,设计了两种正方形间接连接式压力敏感膜片.在相同的膜片面积下,新膜片与原有矩形间接连接式压力敏感膜片性能相近,为内部谐振器的多样化提供了基础.最后,就压力敏感膜片的工艺设计进行了探讨,认为采用正方形凸角补偿结构的〈110〉硅岛和采用边长补偿的〈100〉硅岛最适合间接连接式压力敏感膜片.

基于硅谐振压力传感器的大气数据系统的实现

详细介绍了Druck RPT 200型硅谐振压力传感器的工作原理,阐述了大气数据系统的结构、建模及硬件实现等研制过程;该系统采用Druck RPT 200型硅谐振压力传感器替代原振动筒式压力传感器测量压力,并采用小型单板计算机作为大气数据系统的嵌入式计算机,实现高度、空速和马赫数等参数的计算,并由显示器实时显示;该大气数据系统体积和重量仅为原系统的1/10,并具有高精度、高分辨率,高稳定性和高重复性的特点。

热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统

讨论了一种热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统。该谐振式硅微结构压力传感器以方形硅膜片作为一次敏感元件 ;硅梁作为二次敏感元件。在硅梁谐振子的中部设置一电阻 ,作为热激励单元 ;在梁的根部设置一压敏电阻 ,作为拾振单元。基于该谐振式硅微结构压力传感器敏感机理 ,分析了信号的相互转换 ,给出了传感器闭环系统实现的条件。

硅岛式微谐振压力传感器灵敏度分析与仿真

微谐振式压力传感器尺寸小、重量轻、精度高并具有数字输出,在航空航天等领域有着广阔的应用前景。然而由于微机械加工工艺的限制,复杂结构的制作存在很多困难,因而为实现高灵敏度压力测量,微谐振式压力传感器的结构设计就显得尤为重要,因此提出一种新型硅岛式谐振梁支撑结构,它利用硅薄膜作为典型的一次敏感元件,并在其上表面中央部位设计了两个硅岛凸起平台,用以固定硅谐振梁,并通过有限元软件ANSYS进行仿真。分析结果表明,在一定量程内,该结构能有效提高谐振梁内的应力放大倍数,进而提高微压力传感器的灵敏度。

硅谐振式压力微传感器闭环系统

硅谐振压力微传感器在自激振荡回路中采取电阻热激励、电阻拾振时得到的信号 ,由于有用信号本身的量级小 ,因而含有严重的同频干扰信号 (耦合激励信号 ) ,信噪比SNR (SignalNoiseRatio)仅为 1 0 - 3数量级 .为了提高信噪比 ,滤除同频干扰 ,多级放大之后的处理中将锁相环PLL (Phase-LockedLoop)工作原理和分频技术相结合 ,由锁相环输出作为传感器的激励和鉴相相关信号 ,搭建硅谐振压力微传感器闭环自激振荡回路 .结果表明 :采用锁相分频技术的微传感器闭环系统能可靠运行 。

热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件 ,硅梁作为二次敏感元件的热激励硅谐振式压力微传感器进行了较系统的研究 :建立了微传感器敏感结构的工程用数学模型 ;以所建立的模型实际设计了敏感结构参数 :方形膜边长 4 mm,膜厚 0 .1 mm,梁谐振子长 1 .3mm,宽 0 .0 8mm ,厚 0 .0 0 7mm ;采用微机械加工工艺加工出了原理样件 ;采用电热激励。

热激励硅基谐振型压力传感器技术研究

提出一种以电阻发热实现梁激励的单梁硅基谐振型压力传感器结构。利用硅/硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术的研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出热激励硅基谐振型压力传感器样品。该器件在常压下测试,其品质因子Q值达到1362.5,证实了该谐振型压力传感器结构是可行的。这为研制硅基谐振型压力传感器提供了一种新的方法。

MEMS传感器的真空密封技术

文章介绍了MEMS传感器的几种真空密封方法,提出了一种真空密封方法的设想。

一种半岛型结构谐振梁压力传感器

提出了一种新型结构压力传感器 ,器件由上下两硅片键合而成 ,上硅片制作半岛型结构氮化硅谐振梁 ,下硅片制作矩形压力膜。应用有限元软件对器件结构及灵敏度进行了计算机模拟分析 ,器件利用MEMS技术研制并采用电热激励压阻拾振方式进行了测试。

热激励谐振式硅微结构压力传感器

针对一种以矩形硅膜片为一次敏感元件、硅梁谐振子为二次敏感元件采用电阻热激励、压敏电阻拾振的谐振式压力微传感器 ,简述了其工作机理 ;从谐振式硅微传感器整体优化设计、闭环系统优化设计、微弱信号检测、敏感元件工艺实践。

一种硅基谐振型压力传感器技术研究

文章利用硅／硅键合、减薄抛光和IC工艺技术，开展硅基谐振型压力传感器技术研究，解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题，成功地研制出一种硅基谐振型压力传感器样品，在常压下测试其Q值达到400，进一步参数测试还在进行中。