智芯傳感“MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗方法”成為國家標準

導讀：一流企業(yè)做標準，只有符合標準的技術(shù)認證、掌握標準制定權(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，對于傳感器領域，從設計、制造、測試、封裝等方面，目前很多都是采用國外標準，打造傳感器行業(yè)中國國家標準，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，性能也越來越強大，產(chǎn)品已廣泛應用于汽車、醫(yī)療、工業(yè)、消費電子等眾多領域，是我國在“十四五規(guī)劃”中重點發(fā)展的領域。不過，相對于MEMS工藝的迅速發(fā)展，MEMS可靠性的相關研究在我國還不夠成熟，與國外相比落后了很多，關于MEMS可靠性的評估方法在行業(yè)內(nèi)鮮有標準化。

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

為什么共振疲勞試驗對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，系統(tǒng)的受迫振動將達極大值，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，因為系統(tǒng)在周期性的振動過程中儲存了動能。通俗地講，就是當周期性的驅(qū)動力跟振動“合拍”時，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，當驅(qū)動力不與振動“合拍”時，即振動頻率不同時，它做的一部分功是負功，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，長時間的壓力負載可能會影響硅膜的彈性形變，而也可能導致硅膜疲勞，而共振產(chǎn)生的壓力負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)，通過對樣品施加預期振動幅值的共振振動進行疲勞試驗。

整個試驗環(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，試驗中，首先測量參考強度，測量樣品的共振特性，規(guī)定幅值增長率、設置參數(shù)和過程監(jiān)測來進行試驗，當樣品失效或達到預定的試驗時間或次數(shù)時，試驗結(jié)束。在試驗過程中，需要記錄試驗環(huán)境的溫度、相對濕度、大氣壓力、樣品在試驗過程中特定時間間隔測量的振動幅值和頻率，以及樣品失效時間。

在該國標中提出了樣品中集成一個機械結(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)動和集成應變結(jié)構(gòu)（檢測位移）器件”的試驗示例以及“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式”，以及“硅的疲勞試驗結(jié)果”等內(nèi)容。

“微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)—MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗方法”國標于2020年3月6日發(fā)布，并于2020年7月1日正式實施。

智芯傳感不僅在MEMS傳感器工藝方面有包括設計、生產(chǎn)、封裝、標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到的理解和貢獻，已成為MEMS傳感器領域少有的全能型企業(yè)。

審核編輯：符乾江