MEMS 压阻式强冲击传感器在强冲击测试中主要失效有缺乏阻尼(测试时引起传感器共振)、封装有缺陷(造成传感器内部有尘粒)、质量块破碎(质量块材料和结构设计不合理)以及连接电缆接头受损等几种，因此传感器敏感元件结构设计成为MEMS 传感器设计过程重要环节之一。
MEMS 压阻式加速度传感器敏感元件的结构形式有很多种，固支梁和悬臂梁是使用最多的结构形式，也是最基本的形式，传感器的许多结构形式都是在此基础上进行改进的。图6-27 所示为MEMS 压阻式加速度传感器常见结构形式。
最早出现的MEMS 压阻式加速度传感器采用悬臂梁结构，如图6-27(a)所示。此结构灵敏度高，制造相对简单，线性度也不错，它最大的缺点是横向灵敏度较大，且使用频率范围低。为减小横向效应，改进的悬臂梁结构如图6-27(b)所示，用相互平行而有一定间距的两根梁代替单一的梁，加大了结构的横向刚度，使器件在垂直于梁的方向横向效应减小，但平行于梁的方向横向效应没有改善，而且与单悬臂梁相比，其固有频率降低。为了进一步消除横向效应，又出现了双端固支的二梁和四梁结构，如图6-27(c)～(f)所示，采用这些结构通过合理电阻设计和补偿，理论上可消除横向效应。双端固支梁结构的一阶横向固有频率比单侧悬臂梁式结构高得多，因而有利于扩大加速度传感器频率响应范围，但在电桥中应变电阻数量相同的情况下，其灵敏度低于悬臂式结构，同时电阻条所在的梁区应力变化较大，工艺难以控制，电阻条的分散和连线的复杂性也不利于提高器件成品率。双岛-五梁结构如图6-27(g)所示，它可以通过结构本身消除横向效应，频率特性和灵敏度介于上述两种结构之间，但具有较高灵敏度-频率乘积。另外，八梁结构的加速度传感器如图6-27(h)所示。
图6-27 MEMS 压阻式加速度传感器常见结构形式(www.xing528.com)
虽然现有加速度传感器多采用梁式结构，但大多都是应用于低g 值条件下，该结构在承受高达十几万g 的加速度冲击时，梁的部位很容易发生结构失效。考虑到强冲击加速度传感器实际测量要求，以及目前国内加工工艺的实际情况，采用E 形膜片结构作为MEMS 压阻式强冲击加速度传感器敏感元件的结构形式，因为该种结构的抗高过载性能要优于梁式结构。
采用周边固支的带硬芯的方形膜片作为传感器的弹性敏感元件，其结构剖面图如图6-28 所示。当其受到垂直于膜片表面向下的加速度作用时，敏感元件发生变形。在芯片上表面，靠近中心处受到压应力作用，而靠近边缘处受到拉应力作用。如果在敏感元件上表面变形比较大的地方以适当的方式布置四个电阻条组成惠斯通电桥，那么当它受到惯性加速度作用时，这些电阻条的阻值将发生变化，这样就可以通过惠斯通电桥输出电压的变化情况获得加速度的变化情况。
图6-28 单晶硅E 形传感器芯片结构剖面图
a—E 形传感器芯片边长；b—外槽边长；c—质量块边长；h—敏感膜片厚度；H—传感器芯片厚度
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