壓力傳感器的過載保護(hù)實(shí)現(xiàn)

　　圖4 四分之一彈性膜片極限變形剖面圖

　　在壓力傳感器實(shí)際設(shè)計(jì)中，出于工藝精度的考慮，相比滿量程加載時(shí)，犧牲層厚度的最小值應(yīng)該留有余量。若以量程的50%為余量，則犧牲層厚度最小值應(yīng)為加載0.15 MPa 時(shí)對應(yīng)的尺寸。經(jīng)過仿真后，留有余量的犧牲層厚度最小值為0.5 μm，此時(shí)當(dāng)膜片最大應(yīng)力達(dá)到硅的斷裂強(qiáng)度時(shí)，加載壓力為1.35 MPa。

　　犧牲層厚度H2 > 1.6 μm 時(shí)，進(jìn)行線性分析仿真，以H2 = 3.5 μm 為例，按照模型建立、網(wǎng)格劃分、加載、求解的順序進(jìn)行線性模擬仿真。當(dāng)最大應(yīng)力達(dá)到硅的斷裂強(qiáng)度時(shí)，加載壓力為0.47 MPa，其應(yīng)力分布的仿真結(jié)果如圖5 所示。

　　圖5 四分之一彈性膜片極限變形時(shí)應(yīng)力分布圖

　　2.2 犧牲層厚度與過載能力間的關(guān)系

　　利用非線性接觸分析與線性分析的仿真方法，對犧牲層厚度H2在0. 3 μm ～ 3. 5 μm 之間變化時(shí)進(jìn)行具體的仿真，給出了膜片最大應(yīng)力達(dá)到硅的斷裂強(qiáng)度時(shí)，襯底和膜片之間的距離ΔH 與犧牲層厚度H2的關(guān)系，如圖6 所示。同時(shí)也給出了膜片最大應(yīng)力達(dá)到硅的斷裂強(qiáng)度時(shí)所施加的壓力載荷Pmax( 過載能力) 與犧牲層厚度H2關(guān)系，如圖7 所示.

　　由圖7 可見，犧牲層厚度H2小于1.6 μm 時(shí)，由于彈性膜片在斷裂前受到襯底的支撐，傳感器的過載能力隨犧牲層厚度的減小得到顯著提高。

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