基于MEMS技術(shù)磁場-壓力-加速度傳感器集成化研究.pdf

1、本文基于MEMS技術(shù)給出一種磁場/壓力/力口速度單片集成傳感器，該結(jié)構(gòu)由磁場傳感器、壓力傳感器和三軸加速度傳感器構(gòu)成?；诨魻栃?yīng)，由兩個霍爾輸出端的霍爾磁場傳感器實現(xiàn)對外加磁場的測量;基于壓阻效應(yīng)，壓力傳感器由C型硅杯和方形硅膜構(gòu)成，方形硅膜表面上的四個壓敏電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對外加壓力的測量;加速度傳感器由兩個質(zhì)量塊、四個L型梁和中間雙梁構(gòu)成，在梁的根部分布著十二個壓敏電阻，分別構(gòu)成三組惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，通過檢測三組惠斯通電

2、橋的輸出電壓分別實現(xiàn)對三軸加速度的測量。在此基礎(chǔ)上，采用ATLAS和ANSYS軟件分別構(gòu)建單片集成傳感器中磁場傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器結(jié)構(gòu)仿真模型并進(jìn)行仿真分析，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，采用L-Edit集成電路版圖設(shè)計軟件設(shè)計單片集成傳感器芯片版圖。基于MEMS技術(shù)在n型<100>晶向高阻單晶硅片上完成集成傳感器芯片制作，并通過靜電鍵合工藝和內(nèi)引線壓焊技術(shù)實現(xiàn)芯片封裝。
　　在室溫條件下，本文通過采用磁場發(fā)生器、壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)和加

3、速度傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)構(gòu)建的單片集成傳感器測試系統(tǒng)進(jìn)行傳感器特性研究，實驗結(jié)果給出，當(dāng)電源電壓為5.0V時，單片集成傳感器中兩個磁場傳感器（MS1和MS2）的靈敏度分別為172.6mV/T、171.1mV/T，壓力傳感器的靈敏度為0.842mV/kPa，三軸加速度傳感器的靈敏度為0.60mV/g（x軸）、0.73mV/g（y軸）和2.60mV/g（z軸）。實驗結(jié)果表明，單片集成傳感器能夠同時實現(xiàn)對磁場、壓力和三軸加速度三個物理量（五個參量）