壓力傳感器的過載保護實現

　　圖4 四分之一彈性膜片極限變形剖面圖

　　在壓力傳感器實際設計中，出于工藝精度的考慮，相比滿量程加載時，犧牲層厚度的最小值應該留有余量。若以量程的50%為余量，則犧牲層厚度最小值應為加載0.15 MPa 時對應的尺寸。經過仿真后，留有余量的犧牲層厚度最小值為0.5 μm，此時當膜片最大應力達到硅的斷裂強度時，加載壓力為1.35 MPa。

　　犧牲層厚度H2 > 1.6 μm 時，進行線性分析仿真，以H2 = 3.5 μm 為例，按照模型建立、網格劃分、加載、求解的順序進行線性模擬仿真。當最大應力達到硅的斷裂強度時，加載壓力為0.47 MPa，其應力分布的仿真結果如圖5 所示。

　　圖5 四分之一彈性膜片極限變形時應力分布圖

　　2.2 犧牲層厚度與過載能力間的關系

　　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 之間變化時進行具體的仿真，給出了膜片最大應力達到硅的斷裂強度時，襯底和膜片之間的距離ΔH 與犧牲層厚度H2的關系，如圖6 所示。同時也給出了膜片最大應力達到硅的斷裂強度時所施加的壓力載荷Pmax( 過載能力) 與犧牲層厚度H2關系，如圖7 所示.

　　由圖7 可見，犧牲層厚度H2小于1.6 μm 時，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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