[發明專利]一種MEMS電容式加速度傳感器電-機械沖擊下的試驗方法

在審

• 申請號: 201911133916.3
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110686849A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 高成;王怡豪;黃姣英;陳炳印
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種微機電系統(MEMS：Micro?Electro?mechanical System)電容式加速度傳感器電?機械沖擊下的試驗方法。它主要針對MEMS電容式加速度傳感器的電?機械沖擊試驗的使用需求，提出其目的、試驗要求、程序、失效判據，屬于試驗方法領域。該發明的優點是：1)能獲得MEMS電容式加速度傳感器在工作狀態下的機械沖擊可靠性信息，滿足MEMS電容式加速度傳感器在工程應用中的需求；2)形成覆蓋MEMS電容式加速度傳感器在電?機械沖擊狀態下的試驗方法，獲得在電?機械沖擊條件下MEMS電容式加速度傳感器的失效判據。能支撐MEMS電容式加速度傳感器電?機械沖擊應力下的鑒定檢驗工作。

(一)技術領域：

本發明提供一種微機電系統(MEMS：Micro-Electro-mechanical System)電容式加速度傳感器電-機械沖擊下的試驗方法。它主要針對MEMS電容式加速度傳感器的電-機械沖擊試驗的使用需求，提出其目的、試驗要求、程序、失效判據?？梢灾蜯EMS電容式加速度傳感器電-機械沖擊應力下的鑒定檢驗工作，屬于試驗方法領域。

(二)背景技術

MEMS廣泛的應用于航空、航天、艦船系統、汽車、家電、通訊生物醫療等領域，是將傳感器、機械機構、執行器、信息處理以及控制電路等集成于一體的微型集成器件或系統，其是基于超精密機械加工技術和微電子技術發展起來的，內部結構一般是微米級甚至是納米量級。微機電系統與傳統的器件相比，具有可大批量生產、功耗少、成本低和集成化程度高等特點。其中MEMS電容式加速度傳感器在汽車防撞氣囊、智能穿戴設備以及智能手機等方面有著大量應用，是一款典型MEMS器件。

由于IC與MEMS器件在制造工藝、材料、封裝等方面的共通性，目前大部分MEMS試驗依據的是微電子的可靠性試驗標準，例如：軍用微電子試驗方法標準MIL-STD-883J就已經為許多MEMS的試驗計劃所使用，是許多機構卻對這一標準對MEMS的適用性提出了質疑。由于MEMS中微機械可動結構的存在，MEMS器件對機械沖擊的響應不同于傳統的電子元器件，進而也帶來了新的失效模式和失效機理，如微機械可動結構斷裂、裂紋擴展、粘連、顆粒短路及不同電勢的部件之間的接觸所引起的短路等，如圖1所示。

特別對于上電工作狀態下的MEMS器件，沖擊載荷可能會引起不同電勢的部件之間發生接觸而短路，從而引起輸出信號的異常。這種異常情況對于傳統電子元器件是很少見的，按照非加電狀態下的沖擊試驗方法也難以覆蓋到。

GJB548B-2005(方法2002機械沖擊)中規定的要求是沖擊試驗設備應能按規定對器件本體施加4900m/s²～294000m/s²(峰值加速度)的沖擊脈沖，其脈沖寬度為0.1ms～1.0ms。沖擊脈沖應是半正弦波，其允許失真不大于規定的峰值加速度的20％。在上升時間的峰值加速度的10％處與下降時間的峰值加速度的10％處之間測量脈沖寬度。脈沖寬度的絕對偏差應不大于規定寬度的±0.1ms或±30％。除另有規定，器件應在X1、X2、Y1、Y2、Z1和Z2的各個方向上承受五次脈沖沖擊。具體的實驗條件如表1所示。

表1 GJB548B規定機械沖擊試驗條件

如果直接參照GJB548B-2005(方法2002機械沖擊)標準中相關的沖擊試驗方法，僅在非上電條件下開展MEMS傳感器的沖擊試驗，則無法獲得MEMS傳感器在工作狀態下的沖擊可靠性信息，難以滿足MEMS傳感器在工程應用中的需求。

中電49所編寫了企業軍用標準Q/UN 20491-2013，對CA-DR-4195型MEMS三維電流型加速度傳感器制定詳細標準，其主要參考GJB360B-2009中的內容，沖擊試驗參考的內容為GJB360B-2009方法213：沖擊(規定脈沖)試驗。GJB360B-2009中規定的沖擊試驗條件如表2所示。

表2 GJB360B-2009沖擊試驗試驗條件