硅微压阻式压力传感器

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1、一种硅微压阻式压力传感器的研究机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture刘珍妮谭晓兰杨峻松北方工业大学机电工程学院北京100144[摘要]研究了一种量程为20Kpa的压阻式微压力传感器，同时采用ANSYS仿真得出影响传感器性能的一些规律。应用小挠度理论设计计算了压阻式硅传感器方形弹性膜片结构，并对圆形膜片与方形膜片进行了比较，同时设计了硅芯片一级压敏电阻的尺寸和阻值。通过模型分析和对方形硅膜片的模拟计算确定了压敏电阻最佳放置位置，来提高灵敏度；并在各个不同的压力仿真出应力分布图、得出输入—输出关系图及应力峰值。研究为压阻式微压力传感器的结构以及优化、稳健设计提供了一

2、定参考。关键词：为压力传感器；压敏电阻；弹性膜片；仿真[abstract]Thepressuresensorofmicropiezosistivewith20kpafullscaleisanalyzed,andsimulationbyANSYSisdonetobotainthelavofimpoctingperformanceofthesensor.Thenthesquareelasticdiagramofthepiezoresistorisdesigned.Throughmodelanalyzingandsimulatedcomputingsquaresilicondiagramtheop

3、timumlocationofthepiezoresistorisdeteminedtoimprovethesensitivity.Furthermore,thestressdistributionissimulatedfordifferentpressuretoobtainrelationschemebetweeninputandoutputvalueandpeakstress.Thisstudyprovidesareferencefordesignandoptimizationofthemicropressuresensor.Keywords:Micropressuresensor;Pi

4、ezoresistor;Diaphagn;Simulation中图分类号：TH16文献标识码:A1引言：微压力传感器是MEMS器件中应用广泛的一类。按照传感器的原理，可以将其分为压阻式、电容式、谐振式三种。其中压阻式压力传感器结构简单且制作工艺简单而被大量研究。微粒得到线性度好，灵敏度高的传感器，要选择合适的力学结构、材料及晶面和晶向，设计出合理的掩模版图以及确定最佳工艺参数等；弹性膜片设计和压敏电阻的设计在很大程度上影响传感器的性能。为了满足量很小，灵敏度高的要求，应用合理的理论知识设计此传感器的结构。主要应用硅的压阻效应、小挠度理论、微加工工艺、惠斯通电桥等相关知识来设计此传感器。2微压

5、力传感器的原理及理论分析2.1原理压阻式微压力传感器的原理是将四个电阻按照设计好的布置方式摆放在选定的晶向上，在感压薄膜上施加不同的载荷，电阻的阻值发生变化，然后通过惠斯通电桥把电阻值的变化转换成电压输出。电阻的布置，如图1所示。姜四哥电阻构成惠斯通电桥，如图2所示。图中V—激励电源；v---输出电压；硅膜片比较薄时，将其沿厚度方向的应力忽略，简化为一个二维结构。则平面上的电阻，在应力作用下电阻的变化率为：△R/R=。。。。。。；式中：。。。---纵向应力；。。。。----纵向压阻系数；。。。。。横向压阻系数。