高性能MEMS電容壓力傳感器的設(shè)計及其熱分析的詳細資料分析

　　為了進一步提高接觸式電容壓力傳感器的性能，設(shè)計了一種高性能雙凹槽結(jié)構(gòu)的接觸式電容壓力傳感器，并對該傳感器在高溫環(huán)境中的總體性能進行了分析。推導(dǎo)了熱傳導(dǎo)和熱彈性理論，并對影響傳感器熱分析的各個因素與溫度的依賴關(guān)系進行了描述;在整個分析過程中，使用ANSYS 軟件并結(jié)合有限元方法對全尺寸傳感器的熱效應(yīng)進行模擬。結(jié)果表明，在接觸工作狀態(tài)雙凹槽接觸式電容壓力傳感器的溫度對輸入（壓力）2輸出（電容） 特性的影響是線性的，且線性范圍內(nèi)初始壓力隨溫度的升高而降低;當溫度載荷為550 K時，雙凹槽結(jié)構(gòu)的靈敏度為1. 21 ×10 - 6 p F/ Pa ，比傳統(tǒng)單凹槽的0. 8 ×10 - 6 p F/ Pa 高出50 % ，表明該壓力傳感器有著非常優(yōu)異的高溫特性。

　　目前，壓力傳感器已在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如常見的真空微電子壓力傳感器、光纖氣壓傳感器和微熱板式氣壓傳感器等，這些傳感器的應(yīng)用有力推進了新的測試方法的進步和發(fā)展。接觸式電容壓力傳感器的研究始于20 世紀90 年代，該類傳感器是在普通的電容壓力傳感器的下電極上覆蓋一薄層絕緣體，使其工作在接觸狀態(tài)，這樣的結(jié)構(gòu)賦予了該類傳感器諸多的優(yōu)點。如輸入壓力與輸出電容在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，具有較大的壓力范圍和電容輸出值，靈敏度高、有良好的過載保護能力等。為了進一步改善接觸式電容壓力傳感器的性能，本文設(shè)計了一種新型的傳感器結(jié)構(gòu)———雙凹槽接觸式電容壓力傳感器（ Double2cave Touch Mode CapacitivePressure Sensor ， DTMCPS） 。這種結(jié)構(gòu)能夠使傳感器的線性工作范圍成倍延伸，同時也能有效提高傳感器的靈敏度。

　　對于優(yōu)秀的MEMS器件，高溫性能是一個重要的指標。雙凹槽接觸式電容壓力傳感器因為尺寸微小、結(jié)構(gòu)特殊、其機械和熱參數(shù)發(fā)生很大的變化，因此對整個傳感器的熱特性有顯著影響。本文介紹了雙凹槽接觸式電容壓力傳感器的工作原理和加工工藝，重點對各個機械參數(shù)和熱參數(shù)與溫度的依賴關(guān)系進行了研究，并綜合分析了高溫環(huán)境下該傳感器的熱特性。