高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析的详细资料分析

　　为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能，设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器，并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论，并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中，使用ANSYS 软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明，在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入（压力）2输出（电容） 特性的影响是线性的，且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时，双凹槽结构的灵敏度为1. 21 ×10 - 6 p F/ Pa ，比传统单凹槽的0. 8 ×10 - 6 p F/ Pa 高出50 % ，表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。

　　目前，压力传感器已在许多领域得到了广泛应用，如常见的真空微电子压力传感器、光纤气压传感器和微热板式气压传感器等，这些传感器的应用有力推进了新的测试方法的进步和发展。接触式电容压力传感器的研究始于20 世纪90 年代，该类传感器是在普通的电容压力传感器的下电极上覆盖一薄层绝缘体，使其工作在接触状态，这样的结构赋予了该类传感器诸多的优点。如输入压力与输出电容在一定范围内呈线性关系，具有较大的压力范围和电容输出值，灵敏度高、有良好的过载保护能力等。为了进一步改善接触式电容压力传感器的性能，本文设计了一种新型的传感器结构———双凹槽接触式电容压力传感器（ Double2cave Touch Mode CapacitivePressure Sensor ， DTMCPS） 。这种结构能够使传感器的线性工作范围成倍延伸，同时也能有效提高传感器的灵敏度。

　　对于优秀的MEMS器件，高温性能是一个重要的指标。双凹槽接触式电容压力传感器因为尺寸微小、结构特殊、其机械和热参数发生很大的变化，因此对整个传感器的热特性有显著影响。本文介绍了双凹槽接触式电容压力传感器的工作原理和加工工艺，重点对各个机械参数和热参数与温度的依赖关系进行了研究，并综合分析了高温环境下该传感器的热特性。