Die Einflüsse von statischen Beschleunigungen und Vibrationen auf die Querempfindlichkeit eines piezoresistiven Drucksensors wurden theoretisch hergeleitet und durch FE-Simulationen und Messungen verifiziert. Dabei zeigte sich, dass eine Inertialbelastung die Querempfindlichkeit nur dann signifikant beeinflusst, wenn die Belastung senkrecht zur Sensormembran wirkt. Die Querempfindlichkeit des vorgestellten Drucksensors gegenüber einer Fliehkraft von 1000 g in dieser Normalenrichtung entspricht dabei beispielsweise einer Druckstörung von immerhin 5,5 mbar. Im Vergleich dazu verursacht eine Vibration mit einer Beschleunigungsamplitude von 10 g normal zur Membranfläche eine vernachlässigbar geringe Signalstörung. Wird der Chip jedoch mit einem elastischen Klebstoff auf dem Trägermaterial befestigt, wie dies üblicherweise in der Aufbau- und Verbindungstechnik der Fall ist, so verstärkt sich die Querempfindlichkeit durch das Resonanzverhalten des Chip-Klebstoff-Verbundes bis zu einer dynamischen Druckstörung von 0,7 mbar bei 96 kHz. Da in dieser Betrachtung ein stark dämpfender Chipklebstoff modelliert wurde, kann der Störeinfluss durchaus höher ausfallen, wenn Klebstoffe mit geringerer Dämpfung eingesetzt werden. Außerdem kann sich die Resonanzfrequenz zu niedrigeren und damit praktisch relevanten Frequenzen verschieben, wenn Klebstoffdicken größer als 100 um verwendet werden. Eine gegenüber Beschleunigungen und Vibrationen anfällige weitere Komponente in dem Aufbau eines Drucksensors stellen die Bonddrähte dar, deren Verhalten durch die Von-Mises-Spannung im Wedgebond-Bereich charakterisiert werden konnte, da sich herausstellte, dass dort die global höchsten Materialspannungen auftreten. Dabei erzeugte eine Inertialbelastung in Richtung der y-Achse des Bonddrahts die höchsten Spannungen. Es konnte des Weiteren gezeigt werden, dass der Verguss des Bonddrahts in Silikon abgesehen von der elektrischen Isolation einen weiteren positiven Effekt hat, nämlich dass die maximalen Strukturspannungen im Wedgebond durch die dämpfenden Eigenschaften des Silikons sowohl im statischen als auch im dynamischen Fall erheblich reduziert werden können.

    Airflow characterization on helicopter rotor blades requires highly sensitive pressure sensors. Such sensors have to resolve low-level dynamic and static aerodynamic pressures under conditions of high centrifugal loads and intense vibrations. The impact of such operation conditions on the sensor components and the cross sensitivity of such sensors are analyzed in detail.


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    Title :

    Einflüsse von Beschleunigungskräften auf einen Drucksensor


    Additional title:

    Acceleration-induced effects on a pressure sensor


    Contributors:

    Published in:

    Technisches Messen ; 76 , 10 ; 455-463


    Publication date :

    2009


    Size :

    9 Seiten, 11 Bilder, 7 Quellen




    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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