多种单应力环境下MEMS高g值微加速度计的失效分析研究

摘要

随着MEMS器件在各种领域都有着非常广泛的应用，MEMS失效问题已经是急需解决的问题之一。在军事设备等使用领域中，温度、振动、冲击能够导致其结构的破裂、输出漂移、疲劳失效等，因而要求MEMS可以承受很高的温度、振动、冲击载荷。MEMS高g值微加速度计作为MEMS的主要分支，分析其失效是MEMS器件可靠性领域的重要内容。
　　本文以压阻式MEMS高g值微加速度计作为分析对象。首先在理论上分析其在高温、振动、冲击下的失效模式和机理。其次通过软件仿真模拟实际使用环境，三者结合对其失效进行了深入分析，能够得到在高温环境下:热应力导致梁的弯曲从而产生疲劳失效以及温度影响阻值导致漂移太大而失效;振动作用下:振动造成的渐进与累积的疲劳失效以及加速度计的管壳发生层裂;冲击作用下:键合引线脱落而失效以及梁断裂而失效;再次设计了高温、振动、冲击下的可靠性强化试验剖面，确定了在高温、振动、冲击环境下的敏感应力及应力分布，通过利用两参威布尔分布等方法对高g值微加速度计进行评估。
　　最后，对所做的高g值微加速度计的失效分析研究进行总结，并指出高g值微加速度计研究中需要进一步研究的内容和改进的方向。

目录

声明

摘要

1．1课题研究的背景和意义

1．2 MEMS高g值微加速度计研究现状

1．2．1国外发展现状

1．2．2国内研究现状

1．3微器件可靠性的研究状况

1．3．1国外可靠性发展现状

1．3．2国内可靠性发展现状

1．4器件的典型失效模式和机理

1．4．1 MEMS失效分析方法

1．4．2 MEMS器件典型失效模式与失效机理

1．5论文研究内容及结果

1．5．1论文的研究思路及主要内容

1．5．2论文结构安排

2多种单应力环境下MEMS高g值微加速度计的故障模式及机理研究

2．1高温环境下MEMS高g值微加速度计的失效分析

2．1．1高温对压敏电阻的影响

2．1．2高温环境下的疲劳失效

2．2振动环境下MEMS高g值微加速度计的失效分析

2．2．1高g值微加速度计在振动下的结构响应分析

2．2．2振动环境下的数学模型

2．2．3外壳体的层裂

2．3冲击环境下MEMS高g值微加速度计的失效分析

2．3．1高g值微加速度计在冲击下的结构响应分析

2．3．2冲击下微加速度计断裂失效分析

2．3．3引线键合的失效

2．4本章小结

3多种单应力环境下MEMS高g值微加速度计的仿真分析

3．1高温下高g值微加速度计仿真与分析

3．1．1热应力的理论分析

3．1．2热应力仿真分析

3．1．3高温步进仿真

3．2振动下高g值微加速度计仿真与分析

3．2．1振动的理论分析

3．2．2微加速度计振动仿真

3．3冲击下高g值微加速度计仿真与分析

3．3．1悬臂梁的冲击仿真

3．3．2微加速度计冲击仿真

3．3．3封装后微加速度计的冲击仿真

3．4本章小结

4多种单应力强化作用下的可靠性试验及评估

4．1高温步进应力试验技术

4．2高温步进试验剖面以及方案设计

4．2．1步进应力试验剖面设计原则

4．2．2应力的施加方式

4．3高温试验

4．3．1高温应力场应力剖面设计

4．3．2试验过程及结果分析

4．4振动试验

4．4．1强化试验剖面设计

4．4．2试验过程及结果分析

4．4．3高g值微加速度计在振动环境下的可靠性评估

4．5冲击试验

4．5．1强化试验剖面设计

4．5．2实验失效判据

4．5．3试验过程及结果分析

4．5．4高g值微加速度计在冲击环境下的可靠性评估

4．6本章小结

5总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢