基于MEMS的硅微壓阻式加速度傳感器的設計

3．2 梁結(jié)構(gòu)的有限元模型
Aasys是一個可在微機上使用的綜合性有限元軟件，是微機電系統(tǒng)設計中廣泛使用的有限元分析軟件。通過有限元的分析計算可以預測懸臂梁上引力分布、固有頻率、可測最大加速度等，進而指導梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取。經(jīng)過對梁結(jié)構(gòu)有限元的計算分析選取單臂梁、雙臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1所示。

由有限元計算結(jié)果，可以得到單臂梁和雙臂梁上在10 000gn加速度作用下壓阻元件所受的平均應力，如表2所示。

4 壓阻式硅微型加速度傳感器加工工藝
壓阻式傳感器的懸臂梁常采用CVD工藝在硅片上外延生長一層外延層刻蝕而成，文中試用鍵合工藝制造壓阻式加速度傳感器。采用鍵合工藝優(yōu)點是能得到高質(zhì)量的外延層，且懸臂梁的厚度通過硅片減薄工藝易于得到保證，精細的硅片單面研磨，厚度誤差可以控制在0．5 μm以內(nèi)；且不需要電化學自停止腐蝕，依靠EPW腐蝕液對SiO2的腐蝕速度極慢，使得腐蝕過程停止在SiO2層上，從而保證了硅片減薄后的厚度即為彈性梁的厚度。制作的傳感器芯片尺寸3 mm×5 mm，封裝在陶瓷管殼中。選n型硅片，晶向(100)，直徑為50mm，厚度為300μm，電阻率為5～12 Ω?cm。傳感器芯片加工工藝流程，如圖4所示。

5 加速度傳感器性能測試與結(jié)果分析
5．1 沖擊試驗
高gn值硅微型加速度計的靈敏度很低，在小加速度下幾乎沒有信號輸出，只有進行沖擊試驗，才能檢驗其性能。為此，常溫下沖擊試驗在馬希特擊錘上進行。
將標準傳感器和被標定傳感器同時固定在馬希特擊錘的錘頭上，分別對單臂梁和雙臂梁結(jié)構(gòu)的加速度傳感器樣品在不同的齒數(shù)下進行沖擊試驗。過載試驗可達到12 000 gn而不失效，加速度傳感器沖擊測試范圍到2 500 gn。