智芯傳感“MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗(yàn)方法”成為國家標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)讀：一流企業(yè)做標(biāo)準(zhǔn)，只有符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)認(rèn)證、掌握標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)，才可以讓企業(yè)在激烈的市場競爭中保持核心競爭力。企業(yè)如此，行業(yè)更是如此，對于傳感器領(lǐng)域，從設(shè)計(jì)、制造、測試、封裝等方面，目前很多都是采用國外標(biāo)準(zhǔn)，打造傳感器行業(yè)中國國家標(biāo)準(zhǔn)，對我國傳感器企業(yè)發(fā)展具有重要意義。

MEMS傳感器是采用微機(jī)械加工技術(shù)制造的新型傳感器。隨著MEMS技術(shù)產(chǎn)業(yè)的日益成熟，MEMS傳感器種類越來越多，性能也越來越強(qiáng)大，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、工業(yè)、消費(fèi)電子等眾多領(lǐng)域，是我國在“十四五規(guī)劃”中重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。不過，相對于MEMS工藝的迅速發(fā)展，MEMS可靠性的相關(guān)研究在我國還不夠成熟，與國外相比落后了很多，關(guān)于MEMS可靠性的評估方法在行業(yè)內(nèi)鮮有標(biāo)準(zhǔn)化。

近年，由北京智芯傳感科技有限公司（簡稱：智芯傳感）參與的“微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗(yàn)方法”成為中國國家標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)號為GB/T 38447-2020，為MEMS傳感器在共振情況下疲勞失效試驗(yàn)尋找到了一個國家認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)方法。

為什么共振疲勞試驗(yàn)對MEMS結(jié)構(gòu)的傳感器如此重要？我們首先了解一下什么是共振。

共振是物理學(xué)上常用的專業(yè)術(shù)語。任何物體（系統(tǒng)）都有一個固有頻率，其固有頻率是由物體（系統(tǒng)）的材料、密度、外形等物理因素決定的。系統(tǒng)在周期性外力（強(qiáng)迫力）作用下發(fā)生受迫振動，如果外力的頻率跟系統(tǒng)的固有振動頻率接近或相等時(shí)，系統(tǒng)的受迫振動將達(dá)極大值，這種現(xiàn)象叫做共振，這些特定的頻率稱之為共振頻率。在共振頻率下，外力很小的周期性振動也可引發(fā)物體（系統(tǒng)）很大的反應(yīng)，因?yàn)橄到y(tǒng)在周期性的振動過程中儲存了動能。通俗地講，就是當(dāng)周期性的驅(qū)動力跟振動“合拍”時(shí)，每次驅(qū)動力都跟物體的速度方向一致，驅(qū)動力做的都是正功，故振幅越來越大，能量也越來越大；反之，當(dāng)驅(qū)動力不與振動“合拍”時(shí)，即振動頻率不同時(shí)，它做的一部分功是負(fù)功，振動系統(tǒng)所得能量要少，就很難引起共振。

對于完成封裝的MEMS器件來說，長時(shí)間的壓力負(fù)載可能會影響硅膜的彈性形變，而也可能導(dǎo)致硅膜疲勞，而共振產(chǎn)生的壓力負(fù)載會加劇傳感器疲勞失效的速度，這些損害會造成MEMS傳感器特性參數(shù)的漂移，嚴(yán)重的話會引發(fā)MEMS傳感器開路和短路，從而影響產(chǎn)品最終的可靠性。

智芯傳感的“MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗(yàn)方法”采用由激振器、拾振傳感器、控制器和記錄儀器組成系統(tǒng)，通過對樣品施加預(yù)期振動幅值的共振振動進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。

整個試驗(yàn)環(huán)境的溫度范圍是15℃~35℃，相對濕度控制在20%~80%，而大氣壓力范圍則在86kPa~106kPa之間，試驗(yàn)中，首先測量參考強(qiáng)度，測量樣品的共振特性，規(guī)定幅值增長率、設(shè)置參數(shù)和過程監(jiān)測來進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)樣品失效或達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)時(shí)間或次數(shù)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。在試驗(yàn)過程中，需要記錄試驗(yàn)環(huán)境的溫度、相對濕度、大氣壓力、樣品在試驗(yàn)過程中特定時(shí)間間隔測量的振動幅值和頻率，以及樣品失效時(shí)間。

在該國標(biāo)中提出了樣品中集成一個機(jī)械結(jié)構(gòu)，用于激振或檢測樣品的振幅，并附錄了“集成激振和檢測結(jié)構(gòu)靜電器件”、“外部驅(qū)動和集成應(yīng)變結(jié)構(gòu)（檢測位移）器件”的試驗(yàn)示例以及“基于帕里斯（Paris）定律和韋伯（Weibull）分布的脆性材料疲勞壽命理論表達(dá)式”，以及“硅的疲勞試驗(yàn)結(jié)果”等內(nèi)容。

“微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)—MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗(yàn)方法”國標(biāo)于2020年3月6日發(fā)布，并于2020年7月1日正式實(shí)施。

智芯傳感不僅在MEMS傳感器工藝方面有包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝、標(biāo)定及模組方面的核心技術(shù)，而且在MEMS傳感器可靠性測量測試方面有獨(dú)到的理解和貢獻(xiàn)，已成為MEMS傳感器領(lǐng)域少有的全能型企業(yè)。

審核編輯：符乾江