所设计的悬梁式传感器的模型为悬梁的厚度取10 μm,长度取1500μm。采用二维ANSYS模拟。悬梁的模型用Solid42,流体模型应用FLUID141,风速从0~30m/s间隔变化。图6为带有悬梁形变的ANSYS模型。通过模拟得到了薄膜最大形变、最大应力与风速的关系曲线,见图7。
把模拟所得的数据进行分析,可知悬梁挠度、剪图7切力都与风速成二次关系,与悬梁式传感器理论分析相一致。
4 传感器工艺流程、封装及制作
4.1 传感器工艺流程设计
两种传感器拟采用基于MEMS的体硅工艺,应用正背面异向湿法刻蚀和背面深刻蚀形成薄膜或悬梁。薄膜设计为10μm厚,200 μm×2000μm的正方形;悬梁设计为10μm厚,1500 μm长,500 μm宽。采用双面抛光n型(76 mm)100硅片厚度350μm。硅片清洗后,用热氧化工艺制作一层氧化硅,再用LPCVD工艺制作一层氮化硅;之后溅射Pt电极,采用lift-off工艺去掉不需要的Pt金属。完成以上步骤后,薄膜式传感器直接在背面腐蚀形成薄膜,完成传感器的制作;悬梁式传感器需要先在正面腐蚀出10μm的深坑,后在背面先湿法腐蚀5h深度达到200μm,再深刻蚀直到出现图形。其过程如图8。
4.2 传感器封装设计
测风传感器通过正交的封装测量风向信息。正交封装示意图如图9所示。
通过用风向信息解算公式(9)和(10),即可得出风向信息。