题目：加工和微压力传感器的结构设计对胎压监测系统影响

摘要：

在本文中,我们描述了微压阻压力传感器的设计和胎压监测系统最小化结构的优点,高灵敏度、线性度和精度。通过分析应力分布的隔膜使用ANSYS软件,建立了模型的结构。制造一个硅衬底上利用各向异性化学腐蚀和包装技术的玻璃阳极键合。这种类型的压阻传感器的性能,包括大小,灵敏度,和长期稳定,进行调查。结果表明,精度0.5% FS,因此这种设计及全面满足需求,而不是只有一个较小的规模和简单的准备,但也有高灵敏度和准确性。

关键词：压敏电阻,胎压监测;压力传感器;有限元法

如今,越来越多的胎压监测系统(TPMS),导致各式各样的压力传感器的发展。尽管有大量的证据表明轮胎绝对是汽车最重要的安全部件之一,但轮胎可以减掉一半的空气压力没有出现充气不足的,大多数人忽略他们的轮胎的状态数据显示,每年近250000的事故发生在美国由于低胎压。橡胶的地方满足道路影响牵引,处理、方向盘、稳定性和制动。正因为如此,突然轮胎衰竭能引起严重的后果,如果它发生在驾驶在高速公路上行驶。为了避免上述情况,及全面的概念被引入。直接系统及包含小的压力和加速度传感器安装在轮胎。这些传感器监测轮胎压力和不断反馈这些信息,通过无线信号,汽车的电子控制单元(ECU)。如果轮胎气压低于要求的限制,一个警告信号发送到仪表盘,提醒司机的问题。自压阻效应的发现,压阻传感器已经广泛用于机械传感信号,这在系统及中起着非常重要的作用。压阻传感器的简单加工和性能稳定的优点与电容式传感器相比,具有复杂的制造过程和信号电路,而且,这最后的性能类型的传感器很容易受到间接影响杂质。的SOI晶片是另一个选择压力传感器的制造,但SOI材料的昂贵成本和植入的复杂过程的阻力和引线限制在汽车中的应用。压阻压力传感器是由杂质扩散到半导体,制作简单等优势,优越的线性和高灵敏度。的测量范围及应0到1 MPa,安装和使用的轮胎的情况下它可能经历的温度变化从0到85°C。通过一个简化的压阻压力传感器处理电路,修正和补偿电路通常是添加到克服任何可怜的温度引起的非线性特征。

微电子机械系统(MEMS)技术的优势被证明传感元素制造的小型和明确的大小。所需的测量范围、带宽和灵敏度的大小可以很容易地通过调整传感元素。在以往的研究中,一个传感器的结构模型是由有限元法(FEM)使用ANSYS软件计算结构应力和定义传感器的大小。应力分析的有限元法被广泛采用,减少热影响,包装设计和可靠性的增强压阻传感器。结构仿真,有限元法非常有效生产可视化刚度、强度和数学最小化的重量,材料和成本。有限元表达了可视化的结构变形或扭曲的细节,并表示的应力分布和位移。有限元模拟软件具有丰富的选项控制的复杂系统建模和分析。在这个压力传感器的发展,大部分微加工应用于传感器的制造。这种方法很便宜和容易实现。大部分微加工技术,KOH的解决方案通常是用来蚀刻硅衬底形成蛀牙在一个梯形的形状54.7°斜墙,这使得膜片变形。由于蚀刻硅衬底相对较厚,底部区域的压力远远大于顶部区域隔膜定义。此外,调查显示,减少隔膜的厚度和底部扩大地区可以给更小的尺寸来满足传感器的测量要求。我们使用4英寸硅片和硅玻璃阳极Pyrex7740 #玻璃晶片焊接,应用硅玻璃阳极键合技术,而不是如果焊在1000°C的破坏线。Ti放置和铝之间的电阻降低接触电阻。包装胶塞满了杂质降低残余应力。最后,列出其传感器特征和敏感性,范围,并分析了线性化。