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擴(kuò)散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,汽車(chē)電子化、智能化的程度越來(lái)越高,傳感器作為汽車(chē)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵器件,其使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車(chē)控制系統(tǒng)的性能。主要研究了一種擴(kuò)散硅E+E壓力傳感器,該傳感器以硅薄膜為彈性膜,利用光刻、掩膜、濺射等微加工工藝和隔離封裝方法制成。擴(kuò)散硅E+E壓力傳感器在汽車(chē)電子領(lǐng)域主要可用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力、輪胎空氣壓力、進(jìn)氣歧管壓力、共軌壓力等。

擴(kuò)散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
E+E壓力傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)不確定度是表征其測(cè)量精度的重要指標(biāo).提出一種用于E+E壓力傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)不確定度評(píng)價(jià)的灰色方法.首先,使用正弦壓力發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦壓力信號(hào)驅(qū)動(dòng)被校傳感器,獲取傳感器特征輸出;然后采用灰色關(guān)聯(lián)分析處理傳感器特征數(shù)據(jù),得到權(quán)重?cái)?shù)列;之后建立灰色模型并計(jì)算出各校準(zhǔn)頻率點(diǎn)的灰色偏度;為分析硅E+E壓力傳感器基座受力變形對(duì)傳感器輸出性能的影響,首先利用彈性力學(xué)理論和板殼理論分析推導(dǎo)了E+E壓力傳感器方形膜片應(yīng)力分布,為力敏電阻在應(yīng)變膜上的布置提供依據(jù);再利用ANSYS進(jìn)行分析模擬,探究了傳感器基座結(jié)構(gòu)變形對(duì)應(yīng)變膜應(yīng)力差的影響;然后針對(duì)減小基座受力變形對(duì)芯片受力的影響,對(duì)基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化,并對(duì)比仿真分析的結(jié)果;zui后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得優(yōu)化前后的傳感器輸出數(shù)據(jù).結(jié)果表明,傳感器基座結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,傳感器硅芯片中心zui大變形量從2.172μm降低到1.819μm,輸出誤差從0.95%下降到0.60%.主要研究?jī)?nèi)容包括:簡(jiǎn)述了硅的壓阻效應(yīng)、壓阻系數(shù)等,在此基礎(chǔ)上給出了E+E壓力傳感器芯片的工作原理和電路結(jié)構(gòu),介紹了傳感器芯片的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)以及制作的工藝流程;在有限元軟件ABAQUS中通過(guò)詳細(xì)的步驟對(duì)傳感器芯片的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行模擬分析,特別記錄了一條路徑上各節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)正交應(yīng)力,分析了壓敏電阻布置的*區(qū)域,粗略計(jì)算了芯片的靈敏度;簡(jiǎn)要介紹了陽(yáng)極鍵合方法,分析了是否封接玻璃襯底對(duì)傳感器輸出的影響;分析了不同楊氏模量、不同厚度的貼片膠對(duì)傳感器輸出性能的影響;介紹了E+E壓力傳感器的隔離式封裝,通過(guò)有限元方法模擬了不同厚度、不同波紋厚度、不同波紋數(shù)的波紋膜片對(duì)傳感器輸出性能的影響。

擴(kuò)散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
實(shí)驗(yàn)比較了封裝不同參數(shù)波紋膜片時(shí)傳感器的輸出,選擇了較優(yōu)的一組參數(shù);分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬的方法作出了隔離式封裝傳感器的溫度漂移曲線,設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)來(lái)改善傳感器的溫漂,有限元模擬的結(jié)果證明的結(jié)構(gòu)的可行性。