차압 센서의 양방향 과부하 능력을 향상시키기 위해 본 논문에서는 보-제도错位막 구조의 차압 민감 소자를 설계하였다. 해당 민감 소자는 보-제도 실리콘 막 구조와 유리 기판의 결합체로 구성된다. 보 구조는 응력 집중을 감소시키고, 제도 구조는 구조 강성을 향상시킨다; 유리 기판의 접합면은 사각 홈과 원형 통공으로 설계되었으며, 실리콘 막 구조와 유리 기판의 사각 홈이 형성하는错位 구조가 최대 응력을 더욱 감소시킨다. 먼저, 유한 요소 소프트웨어를 통해 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 민감 소자의 응력 분포, 전 범위 출력 및 최대 응력을 분석하였다. 둘째, 구조 치수와 파열 압력의 관계를 분석하여 최적 치수 해를 통해 최대 파열 압력에서의 구조 치수를 도출하였다. 마지막으로, MEMS 실리콘 공정을 통해 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 민감 소자를 제작하였다. 압력 테스트 결과, 제작된 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 민감 소자의 파열 압력은 범위의 8.5배로, 기존 C형 막 구조 차압 민감 소자(파열 압력 6.5배) 대비 과부하 능력이 30.7% 향상되었음을 나타냈다. 실험 결과는 보-제도错位막 구조가 차압 민감 소자의 양방향 과부하 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 증명한다.

MEMS;차압 민감 소자;유한 요소;치수 최적화;과부하 능력