Um die beidseitige Überlastfähigkeit eines Differenzdrucksensors zu verbessern, wurde in dieser Arbeit ein Differenzdrucksensorelement mit einer versetzten Träger-Archipel-Membranstruktur entwickelt. Das Sensorelement besteht aus einer Träger-Archipel-Siliziummembranstruktur, die mit einem Glassubstrat verbunden ist. Die Trägerstruktur reduziert die Spannungskonzentration, die Archipel-Struktur erhöht die Steifigkeit der Struktur; die Klebefläche des Glassubstrats ist mit quadratischen Vertiefungen und runden Durchgangsbohrungen gestaltet, die versetzte Struktur, die durch die quadratischen Vertiefungen der Siliziummembran und des Glassubstrats gebildet wird, reduziert die maximale Spannung weiter. Zunächst wurde die Spannungsverteilung, der Vollbereichsausgang und die maximale Spannung des bidirektional hoch belastbaren Silizium-Differenzdrucksensorelements mittels Finite-Elemente-Software analysiert. Anschließend wurde die Beziehung zwischen den Strukturmaßen und dem Berstdruck analysiert, dabei wurden die Strukturmaße unter dem maximalen Berstdruck durch Optimierung ermittelt. Schließlich wurde mittels MEMS-Siliziumtechnik ein bidirektional hoch belastbares Silizium-Differenzdrucksensorelement hergestellt. Die Druckprüfungsergebnisse zeigten, dass der Berstdruck des hergestellten bidirektional hoch belastbaren Silizium-Differenzdrucksensorelements das 8,5-fache des Messbereichs beträgt, was im Vergleich zu herkömmlichen Differenzdrucksensoren mit C-förmiger Membranstruktur (Berstdruck 6,5-faches des Messbereichs) eine Steigerung der Überlastfähigkeit um 30,7 % bedeutet. Die Versuchsergebnisse belegen, dass die versetzte Träger-Archipel-Membranstruktur die beidseitige Überlastfähigkeit des Differenzdrucksensorelements effektiv verbessern kann.

MEMS;Differenzdrucksensorelement;Finite-Elemente;Maßoptimierung;Überlastfähigkeit