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擴散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
隨著現(xiàn)代科學技術的高速發(fā)展,汽車電子化、智能化的程度越來越高,傳感器作為汽車控制系統(tǒng)的關鍵器件,其使用數(shù)量和技術水平?jīng)Q定了汽車控制系統(tǒng)的性能。主要研究了一種擴散硅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。擴散硅E+E壓力傳感器在汽車電子領域主要可用于檢測發(fā)動機潤滑油壓力、輪胎空氣壓力、進氣歧管壓力、共軌壓力等。

擴散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
E+E壓力傳感器動態(tài)校準不確定度是表征其測量精度的重要指標.提出一種用于E+E壓力傳感器動態(tài)校準不確定度評價的灰色方法.首先,使用正弦壓力發(fā)生器產(chǎn)生標準的正弦壓力信號驅(qū)動被校傳感器,獲取傳感器特征輸出;然后采用灰色關聯(lián)分析處理傳感器特征數(shù)據(jù),得到權重數(shù)列;之后建立灰色模型并計算出各校準頻率點的灰色偏度;為分析硅E+E壓力傳感器基座受力變形對傳感器輸出性能的影響,首先利用彈性力學理論和板殼理論分析推導了E+E壓力傳感器方形膜片應力分布,為力敏電阻在應變膜上的布置提供依據(jù);再利用ANSYS進行分析模擬,探究了傳感器基座結構變形對應變膜應力差的影響;然后針對減小基座受力變形對芯片受力的影響,對基座結構進行適當優(yōu)化,并對比仿真分析的結果;zui后通過實驗測得優(yōu)化前后的傳感器輸出數(shù)據(jù).結果表明,傳感器基座結構優(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%.主要研究內(nèi)容包括:簡述了硅的壓阻效應、壓阻系數(shù)等,在此基礎上給出了E+E壓力傳感器芯片的工作原理和電路結構,介紹了傳感器芯片的常見結構以及制作的工藝流程;在有限元軟件ABAQUS中通過詳細的步驟對傳感器芯片的應力、應變進行模擬分析,特別記錄了一條路徑上各節(jié)點的兩個正交應力,分析了壓敏電阻布置的*區(qū)域,粗略計算了芯片的靈敏度;簡要介紹了陽極鍵合方法,分析了是否封接玻璃襯底對傳感器輸出的影響;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)的波紋膜片對傳感器輸出性能的影響。

擴散硅E+E壓力傳感器的有限元模擬與研究
實驗比較了封裝不同參數(shù)波紋膜片時傳感器的輸出,選擇了較優(yōu)的一組參數(shù);分別通過實驗和模擬的方法作出了隔離式封裝傳感器的溫度漂移曲線,設計了兩種結構來改善傳感器的溫漂,有限元模擬的結果證明的結構的可行性。