MEMS壓阻式沖擊加速度傳感器的制造技術

沖擊加速度傳感器主要采用以下處理方法。采用注入、推進和氧化的創新工藝制造壓敏電阻；采用Kho各向異性深度刻蝕形成塊狀；使用AES釋放光束和質量塊；通過粘接工藝獲得所需的“三明治”結構。

電容式沖擊加速度傳感器廣泛應用于發動機、數控車床等工業領域。具有電路結構簡單、頻率范圍寬（約0~450hz）、線性度小于1%、靈敏度高、輸出穩定、溫度漂移小、測量誤差小、穩態響應、輸出阻抗低、輸出電量與振動加速度關系簡單方便等優點，而且計算簡單。具有很高的實際應用價值。

電容式沖擊加速度傳感器原理：

電容式沖擊加速度傳感器是一種基于電容原理的可變電極間距電容傳感器。一個電極固定，另一個電極為彈性膜片。彈性膜片在外力（氣壓、液壓等）作用下發生位移，改變電容。該傳感器可以測量氣流（或液流）的振動速度（或加速度），并進一步測量壓力。

電容式加速度計的力學模型：

從力學角度來看，電容式沖擊加速度傳感器可以看作是一個質量彈簧阻尼系統。加速度通過質量塊形成慣性力并作用于系統。

電容式沖擊加速度傳感器的結構：

目前，電容式沖擊加速度傳感器大多由三部分硅晶片組成，中間層是由雙層SOI硅片制成的可移動電容板。中間的可動電容板由八個彎曲彈性連接梁支撐，夾在上下兩個固定電容板之間。提高精度的一個非常重要的措施是采用差分測量方法，這大大提高了信噪比。因此，幾乎所有的電容式MEMS沖擊加速度傳感器都采用差分結構。

MEMS加速度計使用多種材料，不同的零件可能使用不同的材料。例如，用作襯底的襯底材料、用作掩模的掩模材料、用于表面微加工的犧牲層材料等。微加速度計常用的材料有單晶硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、多晶硅，在設計過程中，需要根據其物理化學性質及其在加速度計中的作用，綜合考慮使用哪種材料，哪種零件不固定。由于傳感器的動態要求相對較高，因此在結構設計和獲得結構尺寸后，有必要進行有限元分析。

利用有限元分析軟件ANSYS對加速度計模型進行分析，得出以下結果：

（1） 通過靜力分析，可以發現承受很大應力的部分。

（2） 通過模態分析，得到結構的固有頻率和各固有頻率下的振型。

（3） 通過瞬態動力分析，可以得到結構對外界激勵的響應。

通過以上有限元分析結果，可以進一步改進設計，使所設計的加速度計具有更好的性能。