硅压阻式压力传感器的设计与实验研究

摘要

传感器技术是MEMS领域的一个重要分支，经过几十年的迅猛发展，传感器技术越来越成熟，并被广泛的应用到各行各业中。国外传感器起步较早，并且很注重创新，在很多方面都优于国产的传感器，因而占据了大部分的市场份额。由于技术、成本、风险等因素的制约，很多研究机构的投入力度和水平都比较低，故在传感器这个领域的发展较慢。本文工作就是在国家自主创新基金资助项目的支持下进行的。
　　本次课题研究的任务是设计一款精度高、稳定性好、易于批量化生产的传感器。为了更好的完成设计，先对传感器的工作原理和现有的制作工艺进行了了解，为后面的工作打下坚实基础。整篇论文的主要工作完成如下：
　　（1）通过有限元对传感器受力进行了分析，运用小变形理论，对传感器结构的各个尺寸进行了计算，包括硅片厚度、腔体尺寸以及玻璃厚度等，并对传感器的版图进行了设计，包括桥路电阻的大小、位置、厚度等，完成了前期的设计工作；
　　（2）对压力传感器的制作工艺进行了设计，包括光刻、腐蚀、阳极键合等，并辅助加工制作，在磨抛机上对生产的传感器芯片进行研磨，并在光学显微镜下进行测量，以验证设计的可靠性；
　　（3）完成了传感器芯片的封装工作，通过有限元的方法研究贴片胶杨氏模量、厚度等参数对芯片应力的影响，并通过打金线将信号引出；
　　（4）用飞恩公司的设备搭建的测试系统，对传感器的静态数据进行了测量，并计算关键的相关参数，发现传感器的线性度和量程性能很好，但灵敏度和零点却存在漂移，完成传感器性能评估；
　　（5）完成信号调理电路的原理图的设计，并根据芯片原理和实际的要求，对部分元器件的参数进行优化；
　　（6）用已有的控制程序将补偿参数写入到调理芯片的存储器中，精度完全满足要求，实现了传感器温度补偿和信号处理。

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英文摘要

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1 绪论

1.1概述

1.2国内外研究现状及前景概述

1.3压力传感器可靠性分析

1.4 温度补偿概述

1.5 课题来源及论文安排

2 压力传感器芯片的设计

2.1 压力传感器芯片输出计算

2.2压力传感器芯片受力分析及设计

2.3传感器芯片加工工艺

2.4 本章小结

3 压力传感器的封装与测试

3.1压力传感器的封装概述

3.2 TO封装

3.3 封装后的性能测试

3.4 本章小结

4 压力传感器的温度补偿

4.1 压力传感器的温度补偿

4.2 调理芯片内部结构

4.3 调理电路设计

4.4本章小结

5 实验方案及结论

5.1 实验方案设计

5.2 实验数据

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2 对今后工作的展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及专利