讨论 - 压力传感器的过载保护实现

3 讨论

　　通过前面对过载能力的分析可以看到，对于牺牲层结构压力传感器，可以通过减小牺牲层厚度的方法提高过载能力，但牺牲层厚度不可过小，否则传感器在量程范围内将出现了非线性形变。对于量程为0.1 MPa的牺牲层结构压力传感器，牺牲层厚度最小值为0.3 μm，其过载能力为1.55 MPa，明显大于牺牲层厚度较大且弹性膜片断裂前不和衬底接触的压力传感器的过载能力，比牺牲层厚度为3.5 μm 传感器的过载能力( 0.47 MPa) 提高223%。在实际设计中，为了保证传感器在正常工作压力范围内的线性精度，应该根据工艺精度，适当增加牺牲层厚度。如果将上述最小牺牲层厚度值( 0.3 μm) 增加到0.5 μm，则相应的过载能力降低为1.35 MPa，仍然比牺牲层厚度为3.5 μm 传感器的过载能力( 0. 47 MPa) 高180%。

　　从图6 的仿真结果可以看到，当H2≤1.6 μm 时，ΔH =0，弹性膜片在断裂时已经和衬底接触，传感器的过载能力可得到有效提高。这一点可从图7 的仿真结果得到进一步说明，当H2≤1. μm 时，膜片最大应力达到硅的断裂强度时所施加的压力载荷Pmax随H2减小急剧变大，这是因为此时膜片与衬底接触，传感器应变非线性变化程度增加，抗过载能力得到了极大的提高; 当H2 >1.6 μm 时，Pmax随着H2变大缓慢增加，基本保持在最小值附近。因此通过适当控制牺牲层厚度，可以有效提高传感器的抗过载能力。

　　4 结论

　　对于牺牲层结构压力传感器，可以通过减小牺牲层厚度的方法提高过载能力，但牺牲层厚度不可过小，否则传感器在量程范围内将出现了非线性形变。

　　对于量程为0.1 MPa 的牺牲层结构压力传感器，通过适当控制牺牲层厚度，可以使传感器的过载能力提高180% ～220%。