MEMS load cell for high load applications

In this thesis work is reported the development of a MEMS force sensor for measuring high loads up to a maximum of 5kN, based on silicon piezoresistivity. For the sensor has been designed and simulated, with finite element models, a package prototype, key element that makes the sensor able to bear such high loads, together with the layout of the piezoresistive elements that allows the sensor to recognize the vertical load applied to it, discarding eventual planar loads. This work has been based on a careful analysis of the typical materials and problematics related to MEMS packaging technology and by the analysis of new possible way to exploit silicon piezoresistivity.

In questo lavoro di tesi si riporta lo sviluppo di un sensore di forza MEMS per alti carichi, fino ad un massimo di 5kN, basato sulle proprietà piezoresistive del silicio. Tale lavoro si compone della progettazione, seguita da simulazione tramite modelli ad elementi finiti, di un prototipo di package, elemento chiave che permette al sensore di sostenere così alti carichi, e di un layout degli elementi piezoresistivi che permetta al sensore di riconoscere il carico verticale applicatogli, a prescindere da eventuali carichi planari. Il tutto è stato basato su un’ attenta analisi dei materiali e delle problematiche tipiche dello sviluppo di un MEMS package, insieme all’analisi di un nuovo possibile modo di sfruttare la piezoresistività del silicio.