倒装式碳化硅高温动态压力传感器封装仿真研究

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作者 李永伟 郭晋秦 +6 位作者 乔俊福 史建伟 张宇 张鑫 戴丽莉 芦婧 赵志诚 《传感技术学报》 北大核心 2025年第1期62-67,共6页

面向航空发动机高温测试环境中动态压力测试需求,利用有限元仿真分析软件从碳化硅高温压力传感器封装结构、高温密封方法设计及封装结构尺寸优化方面对碳化硅高温压力传感器封装进行了研究。封装设计层面,建立了倒装式传感器结构模型;... 面向航空发动机高温测试环境中动态压力测试需求,利用有限元仿真分析软件从碳化硅高温压力传感器封装结构、高温密封方法设计及封装结构尺寸优化方面对碳化硅高温压力传感器封装进行了研究。封装设计层面,建立了倒装式传感器结构模型;为降低封装热应力的影响,采用厚度为0.3 mm的玻璃密封层实现高温气密性,厚度为0.2 mm,直径为6 mm的无机胶粘合层实现芯片固定。性能指标层面,频响为1.78 kHz,固有频率为55.31 kHz,具有动态响应频率高特点,为进一步进行碳化硅高温压力传感器工艺制备提供了理论支撑。 展开更多

关键词 碳化硅 高温压力传感器 仿真分析 封装设计 倒装式

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SOI倒装式无引线高温压力传感器封装技术研究

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作者 罗后明 王丙寅 +4 位作者 王志强 雷程 赵佳龙 刘雨桥 梁庭 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第7期1-5,共5页

封装结构是限制高温压力传感器在高温恶劣环境下使用的重要因素,传统的正装式引线键合封装方法难以满足在高温恶劣环境下使用,文中对倒装式无引线高温压力传感器封装结构进行研究。通过ANSYS有限元仿真软件分别对敏感芯片和传感器封装... 封装结构是限制高温压力传感器在高温恶劣环境下使用的重要因素,传统的正装式引线键合封装方法难以满足在高温恶劣环境下使用,文中对倒装式无引线高温压力传感器封装结构进行研究。通过ANSYS有限元仿真软件分别对敏感芯片和传感器封装进行热力耦合仿真分析,表明该封装结构在235℃有较好的可靠性。封装完整的传感器样机在235℃环境下静态测试线性度为0.3982%,重复性为0.2363%,迟滞性为0.1382%,灵敏度为82.0747 mV/MPa,测试结果表明研制的高温压力传感器在235℃线性度、重复性、迟滞性相较于常温最大变化不超过0.0393%,说明该封装结构满足高温恶劣环境下的应用需求,验证了倒装式无引线高温压力传感器封装技术的可行性。 展开更多

关键词 高温压力传感器 无引线封装 有限元方法 热-力耦合仿真

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SOI全硅无引线MEMS高温压力传感器的设计 被引量：1

3

作者 吴思佳 陈士涛 +2 位作者 陈志亮 王鹏 王文婧 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第5期103-106,111,共5页

介绍了一种基于绝缘体上硅(SOI)材料的微机电系统(MEMS)压阻式高温压力传感器。传感器的压力敏感芯片采用E型膜结构,缓解灵敏度与线性度无法协调的矛盾;采用氧化的单晶硅(Si)而非硼硅(B-Si)玻璃与传感器芯片进行硅-硅(Si-Si)直接键合,... 介绍了一种基于绝缘体上硅(SOI)材料的微机电系统(MEMS)压阻式高温压力传感器。传感器的压力敏感芯片采用E型膜结构,缓解灵敏度与线性度无法协调的矛盾;采用氧化的单晶硅(Si)而非硼硅(B-Si)玻璃与传感器芯片进行硅-硅(Si-Si)直接键合,相同的热膨胀系数使得传感器工作时的热失配应力减小;采用无引线封装技术,与传统封装技术相比,其减小了器件尺寸。设计传感器的压力量程为0~35 kPa,且能够在-40~200℃的温度范围内正常工作,满量程输出高于90 mV。 展开更多

关键词 微机电系统 绝缘体上硅 全硅 无引线封装 高温压力传感器

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谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装 被引量：26

4

作者 陈德勇 曹明威 +2 位作者 王军波 焦海龙 张健 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1235-1242,共8页

为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底... 为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa^110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。 展开更多

关键词 微电子机械系统 谐振式压力传感器 绝缘体上硅(SOI) 阳极键合 真空封装

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谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究 被引量：13

5

作者 樊尚春 乔少杰 张轩 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期1670-1673,共4页

本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律,提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的... 本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律,提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的措施。 展开更多

关键词 非线性振动 多尺度法 压力传感器 硅 微结构

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硅—蓝宝石高温大量程压力传感器设计 被引量：8

6

作者 闻化 张爱平 +2 位作者 张枫 高成臣 姚东嫒 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第12期97-99,共3页

介绍了一种硅-蓝宝石高温大量程压力传感器的设计，提出了采用小直径C型膜片的一体化结构，通过合理排布力敏电阻条位置，能够制作出高精度大量程压力传感器。采用该设计研制出了量程分别为60MPa和100MPa压力传感器，其工作温度范围为-5... 介绍了一种硅-蓝宝石高温大量程压力传感器的设计，提出了采用小直径C型膜片的一体化结构，通过合理排布力敏电阻条位置，能够制作出高精度大量程压力传感器。采用该设计研制出了量程分别为60MPa和100MPa压力传感器，其工作温度范围为-50-350℃；满量程输出≥100mV；精度优于0．1％；迟滞与重复性均优于0．05％FS。 展开更多

关键词 硅-蓝宝石 压力传感器 结构设计

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无引线封装高温压力传感器 被引量：12

7

作者 田雷 尹延昭 +1 位作者 苗欣 吴佐飞 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第12期921-925,共5页

研究的压力敏感芯片利用单晶硅的压阻效应原理制成；采用绝缘层上硅（S01）材料取消了敏感电阻之间的pn结，有效减小了漏电，提高了传感器的稳定性；用多层复合电极替代传统的铝电极，并应用高掺杂点电极技术，提高了传感器使用温度。... 研究的压力敏感芯片利用单晶硅的压阻效应原理制成；采用绝缘层上硅（S01）材料取消了敏感电阻之间的pn结，有效减小了漏电，提高了传感器的稳定性；用多层复合电极替代传统的铝电极，并应用高掺杂点电极技术，提高了传感器使用温度。封装时，将硅敏感芯片的正面与硼硅玻璃进行对准气密静电键合；在硼硅玻璃的相应位置加工引线孔，将芯片电极和管壳管脚用烧结的方法实现电连接，形成无引线封装结构。采用无油封装方法，避免了含油封装中硅油耐温能力差的问题。对高温压力敏感芯体结构进行了热应力分析，并对无引线封装方法进行了研究。对研制的无引线封装高温压力传感器进行了性能测试。测试结果与设计相符，其中传感器的测量范围为0—0．7MPa，非线性优于0．2％FS，工作温度上限可达450cC。 展开更多

关键词 无引线封装 高温 压力传感器 绝缘层上硅(SOI) 多层金属电极

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基于SOI晶圆材料的硅微压传感器 被引量：4

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作者 李新 刘野 +1 位作者 刘沁 孙承松 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2012年第5期15-16,共2页

为解决硅微压传感器制作过程中存在的问题,以SOI晶圆材料为基础,使用有限元方法优化设计岛-膜型1kPa压力敏感结构,采用MEMS工艺完成传感器芯片制作,并对封装后的传感器进行了测试。测试结果表明,传感器输出灵敏度大于60 mV/kPa,非线性小... 为解决硅微压传感器制作过程中存在的问题,以SOI晶圆材料为基础,使用有限元方法优化设计岛-膜型1kPa压力敏感结构,采用MEMS工艺完成传感器芯片制作,并对封装后的传感器进行了测试。测试结果表明,传感器输出灵敏度大于60 mV/kPa,非线性小于0.1%FS,精度小于0.5%FS,器件具有较好的性能指标。 展开更多

关键词 硅微压传感器 岛-膜结构 SOI晶圆

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扩散硅压力传感器结构设计及封装工艺研究 被引量：8

9

作者 刘沁 吕忠钢 陈艳文 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 1996年第10期18-19,共2页

本文比较详细地探讨了现今应用很广的几种扩散硅压力传感器的结构及封装工艺,提出了全固态隔离膜片结构的基本封装形式,并对传感器结构设计和封装时必须注意的问题和基本参数进行了探讨。

关键词 扩散硅 压力传感器 传感器

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硅-蓝宝石绝压传感器陶瓷密封结构设计与分析 被引量：2

10

作者 姚东媛 夏航 +1 位作者 王俊巍 谢胜秋 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第8期65-68,共4页

介绍了硅-蓝宝石绝压传感器中氧化铝陶瓷-钛合金的真空密封参考腔小型化结构设计,探讨了异质材料不匹配引起的陶瓷断裂问题,对陶瓷-钛合金封装结构的应力情况进行了计算和分析,通过中间缓冲层设计、减小陶瓷承受的结构残余应力,消除了... 介绍了硅-蓝宝石绝压传感器中氧化铝陶瓷-钛合金的真空密封参考腔小型化结构设计,探讨了异质材料不匹配引起的陶瓷断裂问题,对陶瓷-钛合金封装结构的应力情况进行了计算和分析,通过中间缓冲层设计、减小陶瓷承受的结构残余应力,消除了由陶瓷断裂导致的密封失效;选择热胀系数相近的可伐中间层材料,对比不同厚度缓冲层产生的残余应力,优化中间层结构,采用LTCC加工技术与真空钎焊工艺结合制作了陶瓷-可伐-钛合金密封组件,并通过了高、低温度试验考核:组件密封漏率小于1×10^(-10)Pa·m^3/s,密封可靠,满足绝压传感器使用寿命的要求。 展开更多

关键词 硅-蓝宝石 绝压传感器 氧化铝陶瓷 真空密封结构

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硅压力传感器基座受力变形时的输出性能 被引量：6

11

作者 胡国清 龚小山 +2 位作者 周永宏 邹崇 Jahangir Alam 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期1-8,共8页

为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响,首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用ANSYS进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力... 为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响,首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用ANSYS进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响;然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响,对基座结构进行适当优化,并对比仿真分析的结果;最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据.结果表明,传感器基座结构优化后,传感器硅芯片中心最大变形量从2.172μm降低到1.819μm,输出误差从0.95%下降到0.60%. 展开更多

关键词 压力传感器 硅传感器 输出性能 有限元分析 结构优化

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硅微机械加工光波导压力传感器的设计 被引量：3

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作者 许高攀 胡国清 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2002年第1期60-62,共3页

随着波导材料的研究和进展 ,采用新的波导材料设计出了一种波导式压力传感器 ,就光波导压力传感器的原理和特性作了一个简要阐述 。

关键词 光波导 压力传感器 硅微机械加工 设计

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硅微超微压传感器设计 被引量：1

13

作者 邱峰 季霞 《机械设计与制造》 北大核心 2007年第10期93-95,共3页

在分析已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点和回顾它们微压化进展的基础上,确定了硅微超微压传感器(0～100Pa)的初步结构形式-电容式。针对设计过程中存在的主要难点:超薄平整感压薄膜的制备、高真... 在分析已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点和回顾它们微压化进展的基础上,确定了硅微超微压传感器(0～100Pa)的初步结构形式-电容式。针对设计过程中存在的主要难点:超薄平整感压薄膜的制备、高真空压力参考腔的获得与维持、高真空压力参考腔的电极引线以及微弱电容信号的提取,完成了两种差动结构方案的结构与工艺设计,对二者工艺和抗过载能力等方面进行了比较,为下一步的投片工作打下了基础。 展开更多

关键词 硅微超微压传感器 双差动结构 结构与工艺设计

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硅谐振式压力传感器敏感结构设计与仿真 被引量：8

14

作者 平文 孔德义 单建华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第3期1-4,8,共5页

根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方... 根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方形膜片和长方形膜片下敏感结构的仿真结果,得出相同面积下长方形膜片的灵敏度更高,检测时非线性误差更小。通过对不同厚度硅梁与硅膜下敏感结构的仿真,最终设定硅膜与硅梁的厚度分别为50μm和10μm。该传感器主要用于航空仪器仪表中对大气压的高精度检测。 展开更多

关键词 谐振式压力传感器 敏感结构 谐振梁 硅膜 模态仿真 灵敏度

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纳米硅薄膜超微压力传感器设计与性能研究 被引量：3

15

作者 沈思国 丁建宁 +3 位作者 潘海彬 凌智勇 程广贵 范真 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2010年第10期62-64,共3页

利用纳米硅薄膜良好的力学与电学特性,设计出超微压压力传感器芯片结构:双岛—梁—膜结构。利用ANSYS进行了静力分析、模态分析、谐反应分析、瞬态分析,结果表明:该结构具有灵敏度高、线性度好、动态响应快等优点。

关键词 纳米硅薄膜 超微压压力传感器 结构 性能

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一种新型单晶硅SOI高温压力传感器 被引量：3

16

作者 李育刚 姚素英 +3 位作者 张生才 赵毅强 张为 张维新 《传感技术学报》 CAS CSCD 2002年第4期322-325,共4页

单晶硅 SOI高温压力传感器是一种新型高性能高温压力传感器。它与扩散硅压力传感器相比有较高的工作温度 ,与多晶硅高温压力传感器相比有更高的工作灵敏度。这主要得益于它采用了单晶硅膜的 SOI结构。本文给出了这种压力传感器的工艺生... 单晶硅 SOI高温压力传感器是一种新型高性能高温压力传感器。它与扩散硅压力传感器相比有较高的工作温度 ,与多晶硅高温压力传感器相比有更高的工作灵敏度。这主要得益于它采用了单晶硅膜的 SOI结构。本文给出了这种压力传感器的工艺生产过程 ,并相对深入地讨论了各向异性腐蚀硅杯和静电封接这两道工序。介绍了此种压力传感器的工作原理。最后给出了测试结果及结论。 展开更多

关键词 单晶硅SOI结构 灵敏度 高温压力传感器

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硅微微压传感器研究进展 被引量：1

17

作者 夏文明 丁建宁 杨继昌 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第9期12-14,共3页

硅微压力传感器的主要研究方向之一是硅微微压传感器。分析了已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点，回顾了它们的微压化进展，并在此基础上确定了硅微超微压传感器（0～100Pa）的电容式结构形式。针... 硅微压力传感器的主要研究方向之一是硅微微压传感器。分析了已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点，回顾了它们的微压化进展，并在此基础上确定了硅微超微压传感器（0～100Pa）的电容式结构形式。针对其研究过程中存在的主要难点，提出了双差动结构模型，即机械与电路部分均采用差动结构，对其研究前景做了展望。 展开更多

关键词 硅微超微压传感器 电容式 双差动结构

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基于SOI的E型膜结构耐高温压力芯片的设计与制造 被引量：4

18

作者 李闯 赵立波 +2 位作者 王尊敬 张磊 殷振 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第1期20-24,共5页

文中设计了一种基于SOI材料的E型膜结构无引线倒封装压力芯片。SOI材料的选用解决了高温环境下漏电流的问题,可以满足目前航空发动机对于高温使用环境的要求。E型膜结构与传统C型膜结构相比解决了灵敏度与线性度无法同时满足需求的难题... 文中设计了一种基于SOI材料的E型膜结构无引线倒封装压力芯片。SOI材料的选用解决了高温环境下漏电流的问题,可以满足目前航空发动机对于高温使用环境的要求。E型膜结构与传统C型膜结构相比解决了灵敏度与线性度无法同时满足需求的难题。通过无引线倒封装工艺,实现了传感器小型化、轻量化的设计需求。设计的压力传感器量程为0~1.5 MPa,400℃输出灵敏度为80 mV/MPa,线性度0.17%FS,综合精度0.18%FS。传感器最大外廓尺寸为S10 mm×20 mm,传感器质量为15.5 g。 展开更多

关键词 耐高温压力传感器 绝缘体上硅SOI E型可动膜片 无引线倒封装 高精度 小体积

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封装黏合层材料对碳化硅高温压力传感器性能的影响 被引量：2

19

作者 党伟刚 田学东 +3 位作者 雷程 李培仪 冀鹏飞 罗后明 《半导体技术》 北大核心 2023年第12期1121-1128,共8页

高温微电子机械系统(MEMS)动态压力传感器常用于恶劣环境下的动态测试,其稳定工作受限于可靠的封装。通过有限元仿真软件对不同封装黏合层材料对传感器静、动态特性的影响进行研究。仿真结果表明,以无机高温胶作为黏合层材料的传感器在... 高温微电子机械系统(MEMS)动态压力传感器常用于恶劣环境下的动态测试,其稳定工作受限于可靠的封装。通过有限元仿真软件对不同封装黏合层材料对传感器静、动态特性的影响进行研究。仿真结果表明,以无机高温胶作为黏合层材料的传感器在常温下固有频率为488.68 kHz、上升时间为60μs,600℃下灵敏度为73.41 mV/MPa,相比采用环氧树脂和玻璃黏合层材料的传感器,其抗冲击干扰性能及响应时间等动态性能具有一定优势。测试结果表明,在常温至300℃,以无机高温胶作为黏合层材料的传感器零点输出电压从2.16 mV升至7.45 mV,满量程输出电压由124.0 mV降至69.35 mV,与仿真结果有相同的趋势,为碳化硅高温压力传感器封装工艺黏合层材料选材提供了参考。 展开更多

关键词 碳化硅(SiC) 高温压力传感器 有限元分析 封装 黏合层材料

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矩形岛结构SiC压力传感器的性能研究

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作者 林文琼 汪家友 杨银堂 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第7期38-40,共3页

运用非线性理论及有限元方法(ANSYS)研究了矩形岛结构的应力和非线性。应力与矩形岛长度之间的关系表明使用矩形岛结构能使输出应力增大,可以提高灵敏度。应力的非线性随矩形岛长度增加而减小,矩形岛长度取接近应力最大值处的值。根据... 运用非线性理论及有限元方法(ANSYS)研究了矩形岛结构的应力和非线性。应力与矩形岛长度之间的关系表明使用矩形岛结构能使输出应力增大,可以提高灵敏度。应力的非线性随矩形岛长度增加而减小,矩形岛长度取接近应力最大值处的值。根据应变分布规律优化设计了传感器力敏电阻应变计。与常用的传感器(方膜传感器)比,设计为10kPa量程的SiC压力传感器显示出灵敏度高、非线性小和工作温度高等特点。 展开更多

关键词 SIC 矩形岛结构 压力传感器 非线性理论

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