MEMS加速計(jì)的三種高壓滅菌器失效機(jī)理

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

象體積電阻率一樣，EMC材料的介電常數(shù)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(shù)變化可能高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。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(cè)試 MEMS 加速計(jì)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(cè)試條件。表1顯示了EMC材料的介電常數(shù)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(cè)試之后

EMC 介電常數(shù)出現(xiàn)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(cè)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(jì)數(shù)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?yàn)樗荅MC材料特征的一部分。但有幾種設(shè)計(jì)對(duì)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(diào)制器增益。我們的觀察也支持這種方法，發(fā)現(xiàn)用不同的MEMS加速計(jì)設(shè)計(jì)（具有2倍靈敏度）在高壓滅菌器測(cè)試中有更好的表現(xiàn)。另一種方法是采用不同前端/架構(gòu)設(shè)計(jì)，將屏蔽節(jié)點(diǎn)從中間節(jié)點(diǎn)分離出來(lái)，這樣敏感節(jié)點(diǎn)和屏蔽節(jié)點(diǎn)之間的寄生電容不會(huì)產(chǎn)生偏移。

V. 結(jié)論

本文共討論了MEMS加速計(jì)的三種高壓滅菌器失效機(jī)理。分別說(shuō)明了每一種失效機(jī)理的FA方法（通過(guò)建模和測(cè)量）和設(shè)計(jì)改進(jìn)。排除了封裝應(yīng)力作為高壓滅菌器失效的根源。傳感單元內(nèi)的漏電通過(guò)調(diào)制器掃頻測(cè)量得到了確認(rèn)。依據(jù)EMC材料的介電性能測(cè)量研究了寄生電容。我們認(rèn)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(shè)計(jì)對(duì)策。當(dāng)測(cè)試結(jié)果一出來(lái)，就會(huì)按照?qǐng)?bào)告的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行這些改進(jìn)。