Например, Бобцов

Оптимизации конструкции резонансно-частотного МЭМС датчика давления на основе численного моделирования

Аннотация:

Введение. Кремниевые микроэлектромеханические датчики давления резонансно-частотного типа выделяются высокой линейностью и стабильностью выходных характеристик, что делает их особенно перспективными для прецизионных измерений. Представлено исследование влияния геометрии и напряженно-деформированного состояния мембран на чувствительность резонансно-частотных датчиков давления, а также разработка рекомендаций по оптимальному размещению резонаторов и выбору технологического маршрута формирования мембран. Метод. С использованием трехмерных моделей мембран различных геометрических форм выполнено численное моделирование их напряженно-деформированного состояния под действием статического давления с помощью метода конечных элементов. Метод позволяет выявить зоны локализации деформаций, наиболее подходящие для размещения резонаторов. Для изготовления тестовых образцов кремниевых мембран применено жидкостное травление с предварительным утонением пластин и последующей финишной механической обработкой. Основные результаты. Показано, что максимальная чувствительность достигается при позиционировании резонатора в зонах пиковых растягивающих и сжимающих напряжений. Проведен анализ зависимости формы мембраны на распределение напряжений и отклик резонатора, что позволило выявить оптимальные места расположения резонатора с точки зрения технологических допусков и чувствительности. Выполнено сравнение методов подготовки мембраны: химическое и механическое утонение с последующей полировкой. На основании проведенных измерений параметров шероховатости для мембран, изготовленных разными методами, описана более оптимальная технология их подготовки. Обсуждение. Полученные результаты позволяют оптимизировать геометрию и технологический процесс изготовления резонансно-частотного датчика давления, что способствует повышению чувствительности, расширению технологических допусков, снижению затрат на производство и повышению надежности устройств в промышленной эксплуатации.

Ключевые слова:

Постоянный URL

Статьи в номере

Содержание © 1993–2025 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Университет ИТМО