采用激光工艺调整薄膜压力传感器的灵敏度与非线性探讨

利用激光束对薄膜传感器的弹性膜片进行减薄处理，得到微压传感器所需的薄膜片，根本的原因就是提高的传感器的输出灵敏度。利用精密磨抛机对弹性膜片进行加工，可达到的最小厚度在0.3mm范围，再利用激光从背面方向减薄到微小压力传感器所需的膜片厚度。同时为了避免芯片表面积累过高的温度，可适当降低激光束能量，或采取冷却措施。弹性膜片在加工时产生的绝对平行度误差为±0.03mm，当膜片较薄时，其相对平行度误差不可忽视，由此将引起传感器严重的非线性。

膜片进一步减薄，非线性将急剧增大，要保证微小量程的传感器灵敏度不小于0.8mV/V，其非线性将达到15%左右。严重的非线性是后续电路无法补尝的，因此必须解决传感器芯片本身的非线性问题。下面给出压力传感器的非线性理论计算公式。传感器电桥由四个桥臂R1，R2，R3，R4组成。供桥电源电压为V，在R1和R4上的分压分别为U+和U-，即：

初始状态下，R1=R2=R3=R4=R0，或者R1·R2=R3·R4，此时电桥输出U0=0。当传感器受到被测物理量作用时，桥臂电阻发生相应的变化，阻值分别变化到R’1，R’2，R’3，R’4。此时，电桥输出：

 ………………………………………（1）

令：R’1=（1+k1）R1=（1+k1）R0 ；R’2=（1-k2）R2=（1-k2）R0 ；R’3=（1+k3）R3=（1+k3）R0  ；R’4=（1-k4）R4=（1-k4）R0。代入（1）式，并且令Uu=U’/V，则单位供桥电压下的输出：

………………………………（2） 

（2）式为等臂电桥输出的准确表达式，其中包含了桥臂电阻本身微变引起桥路电流变化而产生的非线性误差。式中：Uu——单位供桥电压时电桥的输出（通常就是电桥的灵敏系数），1/V；U’——供桥电压为V时电桥的输出；kn——被测量引起的桥臂电阻相对变化量的绝对值，kn=|ΔRn/R0|，即桥臂电阻灵敏系数。

1）造成等臂全桥应变传感器的非线性的原因之一，是由于各桥臂应变的灵敏系数不等所致。

2）尤其是相邻桥臂的灵敏系数不等时，电桥输出将产生明显的非线性。这几种情况分别对应实际的传感器由于设计造成的中心电阻和边缘电阻的平均应变不相等，以及由于加工造成2个对边分布的边缘电阻的灵敏系数不等等情况。

3）相反，人为非均匀地改变膜片各区间的厚度，可选择性改变各桥臂的灵敏系数，即改变传感器的非线性。

利用激光束对膜片进行非均匀减薄，既达到提高灵敏度以测量微小压力的目的，又可调整传感器的非线性。根据膜片加工的平行度差异情况选择相应的非均匀减薄图形。本文源自泽天传感，版权所有，转载请保留出处。