温度变化会在敏感结构上产生内应力
更新日期:2022-03-24     浏览次数:144
核心提示:1.2传感器温度应力模型加速度计等器件在阳极键合、管壳封装以及工作过程中由于温度变化会在敏感结构上产生内应力,导致传感器输出漂移。本文针对硅玻

1.2传感器温度应力模型

加速度计等器件在阳极键合、管壳封装以及工作过程中由于温度变化会在敏感结构上产生内应力,导致传感器输出漂移。本文针对硅玻璃材质的加速度计在阳极键合和工作过程产生的材料温度膨胀系数不匹配造成的输出漂移进行了建模研究。

键合残余应力,即MEMS器件制备工艺流程中由阳极键合工艺引入的残余应力。单晶硅与Pyrex7740玻璃在高温300 °C和高压1000 V下发生键合,键合完成后由于硅和玻璃的热膨胀系数(CTE)的不匹配引起降温后结构中残留应力[7]。而传感器工作过程中,由于外界温度变化,硅和玻璃的CTE不匹配也会产生热应力。

假设硅-玻璃初始温度为C0,硅弹性梁轴向锚点间距为La0,硅和玻璃的CTE分别为αSiαG,均为温度的函数;硅弹性梁横截面积为ASi,远小于衬底的横截面积;硅梁和衬底的弹性模量分别为ESiEG。在键合温度C1,锚点间距变为La1,在降温至C0过程中由于硅与衬底的热膨胀系数失配,产生键合残余应力,此时降温后锚点间距为La2