基于MEMS的硅微压阻式加速度传感器的设计

3．2 梁结构的有限元模型
Aasys是一个可在微机上使用的综合性有限元软件，是微机电系统设计中广泛使用的有限元分析软件。通过有限元的分析计算可以预测悬臂梁上引力分布、固有频率、可测最大加速度等，进而指导梁结构参数的选取。经过对梁结构有限元的计算分析选取单臂梁、双臂梁结构参数，如表1所示。

由有限元计算结果，可以得到单臂梁和双臂梁上在10 000gn加速度作用下压阻元件所受的平均应力，如表2所示。

4 压阻式硅微型加速度传感器加工工艺
压阻式传感器的悬臂梁常采用CVD工艺在硅片上外延生长一层外延层刻蚀而成，文中试用键合工艺制造压阻式加速度传感器。采用键合工艺优点是能得到高质量的外延层，且悬臂梁的厚度通过硅片减薄工艺易于得到保证，精细的硅片单面研磨，厚度误差可以控制在0．5 μm以内；且不需要电化学自停止腐蚀，依靠EPW腐蚀液对SiO2的腐蚀速度极慢，使得腐蚀过程停止在SiO2层上，从而保证了硅片减薄后的厚度即为弹性梁的厚度。制作的传感器芯片尺寸3 mm×5 mm，封装在陶瓷管壳中。选n型硅片，晶向(100)，直径为50mm，厚度为300μm，电阻率为5～12 Ω・cm。传感器芯片加工工艺流程，如图4所示。

5 加速度传感器性能测试与结果分析
5．1 冲击试验
高gn值硅微型加速度计的灵敏度很低，在小加速度下几乎没有信号输出，只有进行冲击试验，才能检验其性能。为此，常温下冲击试验在马希特击锤上进行。
将标准传感器和被标定传感器同时固定在马希特击锤的锤头上，分别对单臂梁和双臂梁结构的加速度传感器样品在不同的齿数下进行冲击试验。过载试验可达到12 000 gn而不失效，加速度传感器冲击测试范围到2 500 gn。