本文關(guān)鍵詞：壓力傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化分析

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【摘要】：壓力傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、航空航天等領(lǐng)域,是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器。在眾多原理的壓力傳感器中,壓阻式壓力傳感器由于制造工藝簡單,具有良好的線性度,同時直接輸出電壓信號,并且簡化了傳感器與后續(xù)電路的接口問題等優(yōu)點,占據(jù)了MEMS壓力傳感器的主流市場。當(dāng)一個壓力傳感器從設(shè)計到加工制作,直到最后正式投入工業(yè)實踐應(yīng)用之前,為了確保加工制作出的傳感器性能符合設(shè)計要求,必須先要經(jīng)過測試、標定等一系列環(huán)節(jié)來研究分析及優(yōu)化傳感器的性能。傳統(tǒng)的壓力傳感器檢測方法是將壓力傳感器放置在壓力箱,通過給壓力箱設(shè)定不同的壓力值,使得整個壓力箱中的壓力滿足測試條件,利用這一方法來模擬實際壓力環(huán)境。針對傳統(tǒng)檢測方法,本文首次提出了將靜電力應(yīng)用于壓力傳感器的檢測環(huán)節(jié),有效地解決了壓力傳感器傳統(tǒng)檢測及標定效率低、耗時長的缺點。本文對設(shè)計加工出的壓阻式氣壓傳感器進行測試,實驗測得本次氣壓傳感器的靈敏度為1.77mV/hPa,非線性度為1.19%,各項實驗結(jié)果表明壓阻式壓力傳感器具有良好的線性、重復(fù)性和遲滯特性。同時,用靜電檢測結(jié)構(gòu)進行測試,測試結(jié)果表明,對于本結(jié)構(gòu)尺寸的氣壓傳感器,靜電檢測可以在量程110hPa-500hPa內(nèi)代替氣壓箱施加氣壓變化,測得氣壓傳感器在靜電力作用下的傳感器特性。在此基礎(chǔ)上,對傳感器的特性進行進一步分析,也提出了改進的方法。本論文主要完成的工作分為四個部分：1.針對本文提出的復(fù)合膜壓阻式傳感器結(jié)構(gòu),進行理論建模,給出了周邊固支可動電極在驅(qū)動電壓作用下靜電力的數(shù)學(xué)解析模型,并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。2.用ANSYS有限元仿真軟件對壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)進行建模仿真,其中包括彈性復(fù)合敏感膜在外加壓力負載作用下的撓度與應(yīng)力分布。同時,仿真分析了彈性復(fù)合敏感膜在靜電力作用下的撓度與應(yīng)力分布,分析施加外力與靜電力之間的關(guān)系,驗證數(shù)學(xué)解析模型。3.基于華潤上華MEMS加工現(xiàn)狀及中科院納米所納米加工平臺的工藝設(shè)備,提出了一條基于倒裝焊的靜電檢測氣壓傳感器工藝設(shè)計方案,加工制作出氣壓傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)。4.對氣壓傳感器的工作性能進行傳統(tǒng)測試與靜電檢測分析。實驗結(jié)果顯示,在110hPa-500hPa量程內(nèi)靜電力可以代替壓力。測得本次氣壓傳感器的靈敏度為1.77mV/hPa,非線性度為1.19%,極大地縮短了測試時間,提高了穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：壓力傳感器 壓阻式 靜電力 倒裝焊
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 壓力傳感器的發(fā)展歷史9
• 1.3 壓力傳感器的應(yīng)用9-10
• 1.4 壓力傳感器的分類10-17
• 1.4.1 壓阻式壓力傳感器10-11
• 1.4.2 電容式壓力傳感器11-13
• 1.4.3 壓電式壓力傳感器13-14
• 1.4.4 伺服控制壓力傳感器14-15
• 1.4.5 諧振式壓力傳感器15-16
• 1.4.6 CMOS集成壓力傳感器16
• 1.4.7 小結(jié)16-17
• 1.5 壓力傳感器的技術(shù)指標17-18
• 1.6 壓力傳感器的檢測方法18-21
• 1.6.1 靜電力19-20
• 1.6.2 典型靜電驅(qū)動器件20-21
• 1.7 本論文的主要工作21-23
• 第二章 壓阻式壓力傳感器及檢測結(jié)構(gòu)的理論分析23-43
• 2.1 壓阻式壓力傳感器的工作原理23-25
• 2.2 傳感器結(jié)構(gòu)的理論模型分析25-30
• 2.2.1 薄膜小撓度理論分析25
• 2.2.2 薄膜的撓度和應(yīng)力分析25-30
• 2.3 壓阻式壓力傳感器測試結(jié)構(gòu)的理論分析30-37
• 2.3.1 靜電力30-31
• 2.3.2 平板電極靜電力計算31-37
• 2.4 壓阻式壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真37-42
• 2.4.1 壓阻式壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)設(shè)計37
• 2.4.2 壓阻式壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)仿真37-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 第三章 壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)的制備43-55
• 3.1 壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)的工藝流程43-45
• 3.2 壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)的版圖設(shè)計45-49
• 3.2.1 壓敏電阻條及檢測下電極版圖設(shè)計45-46
• 3.2.2 重摻雜區(qū)版圖設(shè)計46
• 3.2.3 引線引出區(qū)版圖設(shè)計46-47
• 3.2.4 引線及PAD版圖設(shè)計47
• 3.2.5 空腔區(qū)版圖設(shè)計47-48
• 3.2.6 檢測電極及PAD版圖設(shè)計48
• 3.2.7 金屬銦凸點版圖設(shè)計48-49
• 3.3 主要工藝討論49-51
• 3.3.1 光刻49-50
• 3.3.2 離子注入50
• 3.3.3 自停止腐蝕50
• 3.3.4 金屬剝離50-51
• 3.3.5 倒裝焊51
• 3.4 壓力傳感器及其檢測結(jié)構(gòu)樣品51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 壓阻式壓力傳感器性能測試分析55-63
• 4.1 壓力傳感器測試系統(tǒng)55-59
• 4.1.1 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計55-57
• 4.1.2 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計57-59
• 4.2 壓力測試環(huán)境59
• 4.3 壓力傳感器測試結(jié)果和分析59-61
• 4.3.1 靈敏度與非線性度59-60
• 4.3.2 重復(fù)性60
• 4.3.3 回滯特性60-61
• 4.4 靜電力結(jié)果分析61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 工作總結(jié)63
• 5.2 工作展望63-65
• 致謝65-67
• 參考文獻67-71
• 作者簡介71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 李新;龍婉藝;;壓力傳感器混合信號調(diào)理電路的設(shè)計[J];儀表技術(shù)與傳感器;2013年10期

2 劉紅艷,萬關(guān)良,閆志瑞;硅片清洗及最新發(fā)展[J];中國稀土學(xué)報;2003年S1期

3 王陽元,武國英,郝一龍,張大成,肖志雄,李婷,張國炳,張錦文;硅基MEMS加工技術(shù)及其標準工藝研究[J];電子學(xué)報;2002年11期

4 才瀅,畢鵬;壓阻式壓力傳感器及其應(yīng)用電路設(shè)計[J];航空計測技術(shù);2002年05期

5 儲佳,馬向陽,楊德仁,闕端麟;硅片清洗研究進展[J];半導(dǎo)體技術(shù);2001年03期

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本文編號：828598