采用环形岛棱结构的电容式压力传感器

改变传感器可动极板的结构是解决MEMS电容式压力传感器信号输出与压力输入呈非线性关系问题的方法之一。设计了一种新型结构电容式压力传感器,其可动极板是LPCVD氮化硅构成的一个方形薄膜,薄膜中心到边缘之间由PECVD氧化硅构筑一个环形岛棱,使可动极板在压力负载下的变形趋于平整,减小了边缘杂散电容带来的非线性,从而改善了该传感器的输出特性。利用有限元方法分析了不同尺寸的动极板在不同外加压力作用下压力与形变的关系,以及相应的应力分布情况,并采用最小二乘拟合直线法计算了压力传感器的线性度。分析结果表明,与常规的双极板微型电容式压力传感器相比,新型结构压力传感器的线性度改善了48.38%,达到了1.6％。     

联动薄膜电容式压力传感器的特性分析与制备北大核心CSCD

工业领域中,目前研发的高精度MEMS压力传感器大多基于接触电容式结构,这种结构虽然一定程度上改善了普通电容式压力传感器的非线性问题,但其线性响应范围较小,限制了应用与开发,线性度也需要进一步提高。文中采用联动膜电容式压力敏感结构对其进行了研究与制作。基于有限元方法对压力敏感结构的响应特性进行了分析,仿真结果表明,该结构在增加线性响应范围和提高线性度方面表现出显著优势。试制了量程为100 kPa的样品芯片,测试结果表明,在25~100 kPa的压力范围内,样品芯片的灵敏度达到0.058 pF/kPa,其非线性度为4.83%FS。     

基于CMOS-MEMS工艺的小量程电容式压力传感器设计

小量程压力传感器研制的主要目的是解决低压环境下的压力测量问题。结合CMOS-MEMS技术,提出了一种小量程电容式压力传感器设计方案。利用ANSYS软件分析了传感器压敏结构的静力学性能和动力学性能,验证了理论设计的可行性。传感器可动上极板厚度仅为3μm,提高了小量程压力测量时的灵敏度,可以测量1~50 k Pa范围内的压力。研究了制备工程中的关键工艺,介绍了传感器芯片的加工流程。所设计的传感器制作简单,成本低廉,易于单片集成,拓展了MEMS压力传感器的小量程应用领域。     

基于三层悬臂梁结构的电容式风速传感器设计

为解决传统电容式测风传感器的输出非线性,设计了一种基于MEMS微机械加工技术的电容式风速传感器.传感器的敏感结构创新性地采用了一个三层结构的悬臂梁,这种三层结构的悬臂梁构成了一个平行板电容器.风力作用于传感器敏感结构引起电容器的极板面积、极板间距以及绝缘层介电常数的变化,从而引起电容器输出电容的变化,通过测量传感器输出电容的变化值可以实现风速的测量.基于流体力学原理和多层悬臂梁理论对传感器进行了理论分析,并为传感器设计了制作工艺流程.     

一种新型静电斥力微驱动器的设计与仿真

在电容式MEMS微驱动器中,静电引力驱动最为常见,但介质充电会引起"粘连失效"等可靠性问题,而静电斥力驱动不存在这样的可靠性问题。首先通过有限元仿真软件了分析对比了静电引力和斥力的不同产生机理。针对静电斥力微驱动器驱动电压大、形变量小、难以满足实用化要求的缺点,在基本结构基础上设计一种四段支撑结构的静电斥力微驱动器结构,并研究了关键结构参数对可动极板变形量的影响,确定了最优结构尺寸。通过结构优化,可动极板最大变形量可以在80 V的驱动电压下从0.271μm增加到0.399μm,形变量得到显著提高。     

差动电容传感器在卷绕机偏移量测量控制中的应用

介绍了一种新型差动电容式传感器及其构成的控制系统。这种传感器由两片固定金属极板和一片可动极板形成差动式电容结构,在微小偏移作用下,通过动极板引起极板之间电容参数值的变化,进而实现对卷绕机微小偏移量的测量和控制。该控制系统结构简单,反应迅速,能够较好地应用于卷绕机纠偏装置中。     

基于立体成型法的微激励器静态性分析

介绍一种新型的微细加工方法,即微型立体成型法,以及基于这种方法制造微型电容式激励器的工序步骤。详细分析了该激励器在静电力作用下的静态特性,导出了可动极板处于稳定平衡时的条件及在此条件下的线位移范围,给出了驱动电压与可动极板位移量之间的关系曲线,用所制作的微激励器对上述推证结果进行了实验验证。     

一种小量程风速风向传感器的设计

设计了一种基于微机械加工技术的风速风向传感器,传感器由四个相互正交的电容器构成,每个电容器包括可动极板和固定极板,此结构将风速和风向信息转换为可动极板的位移,通过测量四个电容器的电容来检测风速和风向。基于流体力学原理对传感器进行了分析,理论计算了传感器的输出电容和风速风向之间的变化关系,为传感器设计了一套基于MEMS的加工工艺流程。     

敏感结构尺寸对压力传感器过载能力的影响

微机电系统(MEMS)表面微加工技术与IC工艺相兼容,利用该技术可以实现对压力传感器敏感结构尺寸的精确控制,并可用于提高传感器的过载能力。基于有限元仿真,通过应力分布的线性静力分析和非线性接触分析,确定压力传感器感压膜尺寸与过载能力之间的关系,给出了一种提高压力传感器过载能力的方法。在不增加工艺步骤和生产成本的前提下,优化了敏感结构的尺寸,使压力传感器的过载能力得到显著提高。     

MEMS电容式加速度计可靠性研究

探讨了MEMS电容式加速度计的结构、电路、制造工艺和系统等各方面的可靠性,总结出了表面粘附、结构断裂、分层失效和辐射失效等几种主要失效模式,并进行相应的失效机理分析.通过可靠性实验进行了验证,发现非致命的环境影响因素中,温度对电容式加速度计性能影响最大,最终完成了满足实用化要求的MEMS微加速度计设计.     

差分型电容式压力发送器

电容式压力传感器具有结构简单,对测量对象和测试环境适应性强等优点。但是由于传感器输出的非线性,电容式压力传感器很少被采用。众所周知,一个平行板电容器的电容量和极间距离成反比;对于具有可动膜片的变间隙式的压力传感器来讲,在流体压力作用下膜片将发生挠曲变形,这些因素造成的非线性竟达到5%以上。采用复杂的电子线路可以使发送器的非线性输出线性化,同时它也给电容式压力传感器的大量使用带来困难。因此从结构     

基于碳化硅材料的电容式高温压力传感器的研究

针对现有的硅基高温压力传感器不满足更高温度环境(≥500℃)下测试需求的问题,设计并制备了一种基于碳化硅(SiC)材料的电容式高温压力传感器。利用ICP刻蚀工艺和直接键合工艺实现了气密性良好的敏感绝压腔结构,结合金属沉积、金属图形化等MEMS工艺制备了感压敏感芯片。搭建了压力-温度复合测试平台,完成了传感器在0～600℃环境下压力-电容响应特性的测试。测试结果表明,在0～300 kPa内,该传感器灵敏度为4.51×10~(-3) pF/kPa,非线性误差为2.83%;同时测试结果也表明该传感器的温度漂移效应较低,0～600℃环境下电容变化量为8.50～8.65 pF。     

信息动态

美国Consensic公司推出革命性新型微机电（MEMS）智能电容式压力传感器CPS120,是全世界唯一一家数字式MEMS电容式压力传感器的厂商。．     

微米级形貌修饰的硅材料表面摩擦特性的实验研究

微机电系统(MEMS)可动部件间的摩擦特性是影响其性能和可靠性的重要因素之一.为了研究微机械构件间的摩擦行为,设计了一种面-面接触的应变式微摩擦测试仪,以模拟MEMS器件的真实工况.研究了不同微米级条纹形貌硅试样的摩擦特性,结果表明,微尺度下速度对摩擦因数有很大影响;形貌参数存在优选值以有效减少速度的影响和摩擦因数等.     

压阻式小量程SOI压力敏感结构仿真分析

针对小量程MEMS压力传感器存在提高灵敏度与降低非线性相互制约的问题,利用板壳理论对小量程压力敏感结构进行了仿真分析,给出了兼顾这两个相互制约技术指标的设计方法。基于SOI技术设计了小量程压力敏感结构,通过感压膜片断裂前与衬底适当接触可使其过载能力得到有效提高。仿真结果表明,所设计的量程为5 kPa的压力敏感芯片,其过载压力达到1 MPa,1 mA恒流源供电条件下,满量程输出为43.2 mV。     

MEMS闭环加速度计温漂数字化处理

MEMS电容式加速度计受温度影响,敏感结构易产生结构参数及应力变化,电路易产生漂移,两者共同作用引起加速度计输出电压变化,使加速度的测量出现温漂误差及升、降温的温漂滞环误差。抑制温漂是提高加速度计性能的关键所在。在实验室现有MEMS加速度计敏感结构芯片及电路基础上,进行闭环后数字化补偿。实验证实,该方法能有效减小温漂误差,削减温漂滞环的幅值,改善加速度计的性能。     

用于火炮膛内压力测试的电容式传感器的设计

通过研究目前火炮膛压测试中所存在的问题--传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种新的用于火炮膛压测试的电容式压力传感器,由电路筒作为固定电极,测压器壳体作为可动电极形成极间距离为0.5 mm的同轴圆筒电容变换器,它的固有频率达到52.665 kHz,灵敏度为0.009 9 pF/MPa,压力测量范围是0-600 MPa,论文详细阐述了电容式压力传感器的工作原理,结构设计,利用有限元软件ANASYS对其力学特性及热学特性进行了仿真模拟,并做了性能测试.试验结果表明:电容值和所受压力近似成线性关系,且具有良好的稳定性.     

一种双面变极距电容式海水压力传感器的研究

针对传统深度(压力)测量仪器无法满足海洋信息检测对于快速深度测量需求的问题,文中研究并设计了一种基于厚膜工艺制造的双面变极距电容式压力传感器敏感单元。为提高检测灵敏度和满足快速移动测量的需求,采用双面感压电极的芯片式结构设计;基于小挠度薄板设计理论,运用ANSYS对应力、位移进行仿真,对传感器设计的合理性进行理论论证;搭建电容式压力传感器的性能测试系统,分别从线性度、灵敏度、重复性等方面进行性能测试,传感器量程为0～2 MPa,非线性误差小于1%,灵敏度为0. 02 pF/kPa,重复性误差为0. 623%。结果表明该传感器是一种在较浅海域测量线性度好、灵敏度较高、可靠稳定的压力传感器。     

两侧下拉电极MEMS压控电容的分析和优化

基于能量法对两侧下拉电极控制(SPEC)的MEMS(微机电系统)压控电容进行了分析和优化。使用数值迭代方法计算了压控电容可动极板的挠度试解函数,得到了试解函数形状在不同驱动电压下的曲线。计算结果与有限元仿真所得结果一致。在此基础上,给出了基于铝材料的两侧下拉电极MEMS压控电容的优化过程,得到了优化结果。对于初始应力5 MPa,杨式模量70 GPa,极板厚度1.5 μm,极板间距1 μm,总长度为600 μm的铝材料压控电容,控制电极采用70 μm的优化长度,可以实现变化比率为2∶1电容变化比率。结果表明采用(SPEC)结构的压控电容,能有效地减小或避免静电微机械结构特有的"崩塌"效应,获得较大的电容调节范围。     

芯片粘接对MEMS结构稳定性的影响

由可动结构组成的MEMS器件容易受到封装工艺引入的热失配应力的影响。这种影响不仅会改变器件性能,还会影响其可靠性。从MEMS结构稳定性角度研究封装效应,阐明封装可能彻底改变MEMS的结构稳定性状态,产生屈曲、黏附等可靠性问题。在传统结构黏附模型上,分析了屈曲梁的振动特性和黏附行为。通过表面加工多晶硅梁结构的实验,结合理论模型证明,常规芯片粘接工艺会在梁结构中引入显著压应力,完全改变器件的稳定性状态,并使谐振频率和接触电阻这两个参数发生显著变化。