차압 센서의 양방향 과부하 능력을 향상시키기 위해, 본 논문에서는 빔-아일랜드 오프셋 막 구조 차압 센서 소자를 설계하였다. 해당 센서 소자는 빔-아일랜드 실리콘 막 구조와 유리 기판의 본딩으로 구성된다. 빔 구조는 응력 집중을 감소시키고, 아일랜드 구조는 구조 강성을 향상시키며; 유리 기판의 본딩면은 사각 홈과 원형 관통 구멍으로 설계되었으며, 실리콘 막 구조와 유리 기판의 사각 홈으로 형성된 오프셋 구조는 최대 응력을 추가로 감소시킨다. 먼저, 유한 요소 해석 소프트웨어를 통해 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 센서 소자의 응력 분포, 센서 소자의 전량 출력 및 최대 응력을 분석하였다. 다음으로, 구조 치수와 파괴 압력 간의 관계를 분석하고, 치수 최적화를 통해 최대 파괴 압력에서의 구조 치수를 도출하였다. 마지막으로, MEMS 실리콘 공정을 통해 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 센서 소자를 제작하였다. 압력 테스트 결과, 제작된 양방향 고과부하 실리콘 기반 차압 센서 소자의 파괴 압력은 전량의 8.5배로, 기존의 전통적인 C형 막 구조 차압 센서 소자(파괴 압력 6.5배)와 비교하여 과부하 능력이 30.7% 향상되었음을 보여준다. 실험 결과는 빔-아일랜드 오프셋 막 구조가 차압 센서 소자의 양방향 과부하 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 입증한다.

MEMS;차압 센서 소자;유한 요소;치수 최적화;과부하 능력