压力传感器的过载保护实现
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图4 四分之一弹性膜片极限变形剖面图
在压力传感器实际设计中，出于工艺精度的考虑，相比满量程加载时，牺牲层厚度的最小值应该留有余量。若以量程的50%为余量，则牺牲层厚度最小值应为加载0.15 MPa 时对应的尺寸。经过仿真后，留有余量的牺牲层厚度最小值为0.5 μm，此时当膜片最大应力达到硅的断裂强度时，加载压力为1.35 MPa。
牺牲层厚度H2 > 1.6 μm 时，进行线性分析仿真，以H2 = 3.5 μm 为例，按照模型建立、网格划分、加载、求解的顺序进行线性模拟仿真。当最大应力达到硅的断裂强度时，加载压力为0.47 MPa，其应力分布的仿真结果如图5 所示。
图5 四分之一弹性膜片极限变形时应力分布图
2.2 牺牲层厚度与过载能力间的关系
利用非线性接触分析与线性分析的仿真方法，对牺牲层厚度H2在0. 3 μm ～ 3. 5 μm 之间变化时进行具体的仿真，给出了膜片最大应力达到硅的断裂强度时，衬底和膜片之间的距离ΔH 与牺牲层厚度H2的关系，如图6 所示。同时也给出了膜片最大应力达到硅的断裂强度时所施加的压力载荷Pmax( 过载能力) 与牺牲层厚度H2关系，如图7 所示.
由图7 可见，牺牲层厚度H2小于1.6 μm 时，由于弹性膜片在断裂前受到衬底的支撑，传感器的过载能力随牺牲层厚度的减小得到显著提高。
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