基于MEMS技術懸臂梁陣列式脈搏傳感器研究.pdf

1、本文基于MEMS技術在<100>晶向雙面拋光高阻單晶硅片上設計、制作懸臂梁陣列式脈搏傳感器。該結構由三個懸臂梁(B1、B2、B3)、懸臂梁頂端質量塊(m1、m2、m3)和懸臂梁陣列根部十二個擴散（R1～R12）電阻構成，每四個擴散電阻構成一個惠斯通電橋，共三個惠斯通電橋。基于壓阻效應和彈性元件分析，當外加力F≠0 N時，懸臂梁發(fā)生彈性形變并引起擴散電阻阻值發(fā)生改變，從而導致惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)對外加力的檢測。通過采用ANSY

2、S軟件構建傳感器結構仿真模型，研究懸臂梁結構尺寸對特性的影響。在此基礎上，利用L-Edit集成電路版圖設計軟件設計傳感器芯片版圖，基于MEMS技術實現(xiàn)懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片制作，并采用內(nèi)引線壓焊技術在印刷電路板上完成芯片封裝。
　　本文采用掃描信號發(fā)生器(SINO CERA YE1311)、振動臺(Molal ShakerJZK-2)、Agilent示波器、臺階儀(NanoMap500LS)、數(shù)字萬用表(Agilent3441

3、0A)、恒壓源(RIGOL DP832)、步進電機升降臺（RKD507-A）、推力計等儀器研究脈搏傳感器動態(tài)特性和力敏特性。在室溫條件下，實驗結果給出，當工作電壓VDD=1.0V，擴散電阻長寬比為80μm/20μm時懸臂梁陣列式脈搏傳感器三個懸臂梁的共振頻率分別為3.019 kHz、3.121 kHz、2.900 kHz;當VDD=5.0V，施加外力F=100 mg，懸臂梁陣列式脈搏傳感器滿量程輸出電壓分別為111.08 mV、116.

4、2 mV、115.95mV，靈敏度約為0.54 mV/mg，線性度分別為4.28％F.S.、4.43％F.S.和4.80％F.S.，重復性分別為2.18％F.S.、1.52％F.S.和0.59％F.S.，遲滯性分別為2.39％F.S.、1.58％F.S.和0.97％F.S.，準確度為5.90％F.S.、5.23％F.S.和4.98％F.S.。實驗結果表明本文設計、制作的懸臂梁陣列式脈搏傳感器能夠實現(xiàn)對脈搏力的檢測，該結構具有較高靈敏度，