一种AlN基热隔离MEMS阵列风速传感器设计

摘要

采用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术设计和制作了一种基于氮化铝(aluminum nitride,AIN)基热隔离四阵列热流量风速风向传感器,并同时集成了一个环境温度传感器。在厚度为0.2 mm的AlN基片上通过光刻剥离工艺和激光微加工工艺实现2D微结构风速风向传感器制备。传感器由中间加热器、4个温度探测器和1个温度传感器组成,4个温度探测器之间通过激光微加工刻蚀8个热隔离通孔以减少热传导损失,提高有效热流量交换。通过对传感器的ANSYS仿真及性能测试,验证了设计的合理性及工艺的可行性。分析得出采用热隔离通孔可有效提高4个探测器的灵敏度,降低了加热电极的热传导损失,减小了传感器设计尺寸,提高了设计的集成度。传感器测试结果表明:最大角度差为5°,速度误差小于0.5 m/s。加热功耗为120 mW,响应时间仅3 s。