MEMS加速計的三種高壓滅菌器失效機理

其中 l是鍵合線(xiàn)的長(cháng)度，r 是鍵合線(xiàn)的半徑，d是兩條鍵合線(xiàn)之間的距離，εr是EMC的介電常數（干燥時(shí)和高壓滅菌測試之后）。

象體積電阻率一樣，EMC材料的介電常數也可以通過(guò)攝取水分來(lái)改變（圖4）。干燥條件和吸水條件下的介電常數變化可能高達兩個(gè)數量級。在低頻率范圍（小于1Hz），這種影響更明顯。在較高頻率范圍，差別通常小很多。測試 MEMS 加速計的 QEN封裝所用的特定EMC材料與 MEMS器件采用相同的高壓滅菌器測試條件。表1顯示了EMC材料的介電常數在高壓滅菌器壓力前后可能增加2.8%。

表1 EMC的介電性能： 96小時(shí)的高壓滅菌器測試之后

EMC 介電常數出現2.8%的變化可能產(chǎn)生1.4fF的電容變化。如此小的電容變化要使用 LCR 儀表測量出來(lái)是不可能的，但它足以在9位輸出上產(chǎn)生15個(gè)計數的偏移變化。高壓滅菌器壓力產(chǎn)生的寄生電容變化很難控制，因為它是EMC材料特征的一部分。但有幾種設計對策可以緩解此問(wèn)題。一種方法是提高傳感器靈敏度，從而只需要較低的調制器增益。我們的觀(guān)察也支持這種方法，發(fā)現用不同的MEMS加速計設計（具有2倍靈敏度）在高壓滅菌器測試中有更好的表現。另一種方法是采用不同前端/架構設計，將屏蔽節點(diǎn)從中間節點(diǎn)分離出來(lái)，這樣敏感節點(diǎn)和屏蔽節點(diǎn)之間的寄生電容不會(huì )產(chǎn)生偏移。

V. 結論

本文共討論了MEMS加速計的三種高壓滅菌器失效機理。分別說(shuō)明了每一種失效機理的FA方法（通過(guò)建模和測量）和設計改進(jìn)。排除了封裝應力作為高壓滅菌器失效的根源。傳感單元內的漏電通過(guò)調制器掃頻測量得到了確認。依據EMC材料的介電性能測量研究了寄生電容。我們認為漏電和寄生電容變化都存在于高壓滅菌失效器件中。最后還為所確定的每個(gè)根源建議了設計對策。當測試結果一出來(lái)，就會(huì )按照報告的測試結果進(jìn)行這些改進(jìn)。