高灵敏压力传感器过载保护结构设计

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

针对牺牲层结构压力传感器的过载保护设计，本文在保证传感器满量程范围内线性响应的前提下，调整牺牲层厚度，通过弹性膜片与衬底的适当接触来有效提高传感器的过载能力。利用有限元法，对传感器弹性膜片的应力分布进行了静态线性分析和非线性接触分析，得到了下述结论。

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%。