MEMS惯性传感器可靠性试验方法研究

MEMS惯性传感器在军事与商业应用中的一个主要问题便是可靠性试验方法尚未标准化,因而目前绝大多数MEMS惯性传感器器件的可靠性试验依据的是傲电子的试验标准。但是,这些标准对于这类器件的适用性却受到许多机构的质疑,国外关于该问题的研究也已起步。汇总了MEMS惯性传感器器件的结构和工作原理等信息,重点总结了该类器件的典型环境失效机理,并将典型的环境载荷情况与失效机理进行了对比分析：从现有的微电子可靠性试验标准中选取了针对不同环境失效机理的试验方法。并对其适用性问题进行了讨论。     

梳齿式MEMS加速度计在冲击下的失效分析

对Si基梳齿式MEMS加速度计在冲击下进行了失效分析,验证了其主要失效模式,分析了其失效机理。通过机械冲击实验并采用扫描电镜(SEM)、X射线透视系统、扫描声学显微镜(SAM)观察及电性能测试等分析技术,研究了梳齿式MEMS加速度计在冲击载荷下的结构与封装失效,运用材料力学理论加以分析论证,发现悬臂梁断裂是较为主要的失效模式,且此类器件的封装失效主要表现为气密性失效和装配工艺失效,为MEMS器件的可靠性设计提供了重要依据。     

MEMS加速度计可靠性评价技术

MEMS加速度计是动作识别设备、姿态控制设备等电子设备的核心器件,其功能失效会严重影响设备的可靠性。而目前国内外还没有MEMS器件的可靠性实验标准,这在一定程度上制约了MEMS加速度计的应用与发展。针对该现状,深入研究了MEMS加速度计敏感部件的失效模式及失效机理,得到了典型环境应力与器件失效的关系,分析了加载环境应力可能导致器件失效的环境实验,并选取了相应的MEMS加速度计产品进行了可靠性实验验证,得出了MEMS加速度计可靠性评价的初步试行方案。     

硅基梳齿式MEMS器件及封装的失效调查

对典型硅基梳齿式MEMS器件进行失效调查和分析,验证其主要失效模式,分析其失效机理.利用电子扫描显微镜(SEM),X射线透视系统、扫描声学显微镜(SAM),X射线能谱成份分析(EDX)、金相切片分析、封装气体分析及电性能测试等分析技术,发现在工艺制造中的机械失效是造成此类器件失效的主要原因.另外,此类器件的封装失效主要表现为气密性失效和装配工艺失效.     

软件无线电中RF-MEMS元件

本文分析了软件无线电系统中的MEMS(Micro-Electric-Machine-Systems)解决方案、及其可应用于软件无线电系统中的MEMS器件,主要有对称锥形弯曲缝隙微带天线、用于G波段的微尺度宽频天线、微机械自适应帖片天线、高Q值、双频段MEMS开关、薄膜体声波谐振器、腔结构微机械谐振器、分布式MEMS传输线微机械滤波器等典型的MEMS器件,这些器件克服了普通射频器件体积大,功耗高等缺点,有望在软件无线电系统中得到应用。最后,对MEMS器件在软件无线电系统中的应用做了展望。     

塑封功率器件封装失效分析技术研究

功率器件是工业生产中一类重要的基础器件,其质量及可靠性水平深受广大学者关注。文章通过对功率器件封装形式、失效诱因及国内外专家学者对功率器件塑封封装失效的研究进展进行总结,希望能够为相关分析研究提供参照。     

铜丝键合在实际应用中的失效分析

研究并总结了铜丝键合塑封器件在实际应用环境中工作时发生的几种不同失效模式和失效机理,包括常见封装类型电路的失效,这些封装类型占据绝大部分铜丝键合的市场比例。和传统的实验室可靠性测试相比,实际应用中的铜丝失效能够全面暴露潜在可靠性问题和薄弱点,因为实际应用环境存在更多不可控因素。实际应用时的失效或退化机理主要包括:外键合点氯腐蚀、金属间化合物氯腐蚀、电偶腐蚀、键合弹坑、封装缺陷五种类型。对实际应用中的数据和分析为进一步改善铜丝键合可靠性、提高器件稳定性提供了依据。     

基于故障物理的MEMS可靠性研究

简要介绍了基于故障物理的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微电子机械系统)可靠性研究方法和技术路线。以电容式RF MEMS开关为例,介绍了基于故障物理的MEMS可靠性研究方法的主要步骤,包括:采用多物理场3D有限元模型研究MEMS器件的行为,应用MEMS器件的行为模型和失效物理试验技术研究其失效机理,引入优值建立了通用的MEMS器件失效预测模型。     

热冲击应力对非硅MEMS器件可靠性的影响

以非硅MEMS器件作为研究对象,建立了非硅MEMS器件基本结构的热-机械耦合的有限元分析模型,并加载–60~+150℃的热冲击应力进行有限元分析。分析结果表明,热冲击应力导致结构层间由于热膨胀系数失配而产生应力,其中铜层与铬层界面间应力最大,且主要表现为x方向的剪切应力,其随温度循环在–75.6 MPa至125.3MPa之间转换,因此该界面间最易发生疲劳失效,导致结构分层。在此基础上,对某非硅MEMS惯性开关开展了热冲击试验和随机振动试验,验证了理论分析结果的正确性,找到了非硅MEMS器件的主要失效模式。     

微波器件的可靠性及失效分析

微波器件的可靠性直接影响整机系统的可靠性,失效分析工作可以显著提高微波器件的质量与可靠性,从而提高整机系统的质量与可靠性。同时,失效分析工作会带来很高的经济效益,对元器件的生产方和使用方都具有重要意义。微波器件失效的主要原因有两个方面:固有缺陷和使用不当,固有缺陷由生产方引起,使用不当主要由用户引起。微波器件可以分为微波分立器件、微波单片电路以及微波组件三大类,文章分别对三类微波器件的主要失效模式和失效机理做了较为全面的分析和概括。     

高过载姿态测量中MEMS陀螺失效模式与研究进展

高过载条件下姿态测量是一个公认的难题,其原因主要是角速度传感器难以经受高过载的冲击。基于微机电系统（MEMS）技术的陀螺作为解决高过载姿态测量问题的核心器件,其抗高过载能力直接制约着惯性导航系统在高过载环境中的应用。首先,介绍了弹药发射和侵彻两种典型高过载环境的特性,概括了在高过载环境中MEMS陀螺的响应类型;其次,总结了高过载条件下MEMS陀螺的失效模式,包括完全失效和功能性失效;然后,介绍了国内外在抗高过载MEMS陀螺方面的研究进展;最后,分别从器件设计和工程应用角度出发,提出了MEMS陀螺抗高过载的设计方法和应用思路。     

MEMS可靠性技术

MEMS的可靠性是其能否成功应用的一个关键。本文对MEMS可靠性测试的要求与可靠性测试系统ShiMMeR进行了分析,通过对MEMS的可靠性实验与失效模型的综述,对MEMS的可靠性设计进行了探讨。     

基于MEMS工艺的电热致动器研究进展

基于MEMS工艺的电热致动器具有与集成电路兼容的驱动电压、大的致动位移和致动力,比静电致动器、压电致动器和磁致动器有更大的优势,是现阶段致动方式的研究热点.高精度、高可靠度、可控和稳定性好的电热致动器是未来研究的新方向.针对MEMS微加工工艺制作的固体材料电热致动器,综述了电热致动器的结构形式、典型应用、模型建立以及测试方法的研究现状和主要研究成果.对电热致动器的结构设计、建模分析和测试技术方面的关键技术和存在的主要问题进行了分析和展望,以期为基于MEMS工艺的电热致动器的设计、分析和测试提供借鉴和参考.     

多失效机理下基于FIDES的MEMS失效率预计研究

针对MEMS在工艺和结构上的新特点以及当前国内外尚未形成与MEMS相关的失效率预计模型的研究现状,基于失效物理方法和现有FIDES标准,提出了一种MEMS失效率预计方法。在MEMS工艺影响分析基础上,结合实验数据和失效物理方法,提出了MEMS在多失效机理下的总体失效分布函数计算方法;之后,基于FIDES基本失效率预计模型,提出了MEMS的失效率预计模型及其适用的参数取值方法;最后,完成了某型MEMS高g值微加速度计的失效率预计案例。结果表明,预计模型充分考虑了MEMS在工艺和结构上的新特点以及多失效机理的共同作用,可有效解决现有标准手册不能准确反映制造工艺发展现状和手册中失效数据不适用的问题。     

50例微波器件失效分析结果汇总与分析

对约50例微波器件失效分析结果进行了汇总和分析,阐述了微波器件在使用中失效的主要原因、分类及其分布。汇总情况表明,由于器件本身质量和可靠性导致的失效约占80%,其余20%是使用不当造成的。在器件本身的质量和可靠性问题方面,具体失效机理有引线键合不良、芯片缺陷(包括沾污、裂片、工艺结构缺陷等)、芯片粘结、管壳缺陷、胶使用不当等;在使用不当方面,主要是静电放电(ESD)损伤和过电损伤(EOS),EOS损伤中包括输出端失配、加电顺序等操作不当引入的过电应力等。     

Mechanical reliability challenges for MEMS packages: Capping

This paper presents our effort to predict reliability problems for MEMS packages. MEMS devices are vulnerable to the external loads subjected to it. As such, MEMS devices need to be protected. Protections can be generated by capping the device: a piece of silicon is placed on top of it to create a cavity above it. Parametric finite element models are combined with dedicated verification experiments to address the reliability of four different capping concepts. The results gain a better understanding of MEMS capping issues, with failure modes as cavity deflection, cap fractures, and moisture penetration.     

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。     

FMECA在雷达软件工程中的应用

在雷达软件开发时,需要把可靠性分析技术应用到软件开发中,识别软件故障模式,形成软件故障预防措施。文中主要研究如何在雷达软件需求开发和设计中使用可靠性分析技术,并以雷达系统中典型软件为例提出在软件工程过程中实施功能故障模式、影响及危害性分析(FMECA)和软件FMECA的技术途径。