壓力傳感器的過載保護實現(xiàn)

　　通過前面對過載能力的分析可以看到，對于犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器，可以通過減小犧牲層厚度的方法提高過載能力，但犧牲層厚度不可過小，否則傳感器在量程范圍內(nèi)將出現(xiàn)了非線性形變。對于量程為0.1 MPa的犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器，犧牲層厚度最小值為0.3 μm，其過載能力為1.55 MPa，明顯大于犧牲層厚度較大且彈性膜片斷裂前不和襯底接觸的壓力傳感器的過載能力，比犧牲層厚度為3.5 μm 傳感器的過載能力( 0.47 MPa) 提高223%。在實際設(shè)計中，為了保證傳感器在正常工作壓力范圍內(nèi)的線性精度，應(yīng)該根據(jù)工藝精度，適當增加犧牲層厚度。如果將上述最小犧牲層厚度值( 0.3 μm) 增加到0.5 μm，則相應(yīng)的過載能力降低為1.35 MPa，仍然比犧牲層厚度為3.5 μm 傳感器的過載能力( 0. 47 MPa) 高180%。

　　從圖6 的仿真結(jié)果可以看到，當H2≤1.6 μm 時，ΔH =0，彈性膜片在斷裂時已經(jīng)和襯底接觸，傳感器的過載能力可得到有效提高。這一點可從圖7 的仿真結(jié)果得到進一步說明，當H2≤1. μm 時，膜片最大應(yīng)力達到硅的斷裂強度時所施加的壓力載荷Pmax隨H2減小急劇變大，這是因為此時膜片與襯底接觸，傳感器應(yīng)變非線性變化程度增加，抗過載能力得到了極大的提高; 當H2 >1.6 μm 時，Pmax隨著H2變大緩慢增加，基本保持在最小值附近。因此通過適當控制犧牲層厚度，可以有效提高傳感器的抗過載能力。

　　4 結(jié)論

　　對于犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器，可以通過減小犧牲層厚度的方法提高過載能力，但犧牲層厚度不可過小，否則傳感器在量程范圍內(nèi)將出現(xiàn)了非線性形變。

　　對于量程為0.1 MPa 的犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器，通過適當控制犧牲層厚度，可以使傳感器的過載能力提高180% ～220%。