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发表于 2012-10-25 12:58:31
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MEMS可靠性研究
材料3MEMS可靠性研究
一重要性
以MEMS在汽车等典型环境中对可靠性要求为例,进行分析。
微传感器如压力传感器、流量计、加速度计等在汽车、石化等工业领域使用广泛。汽车和石化工业是MEMS传感器市场快速成长的温床。据估计,全球每年仅汽车安全性应用对MEMS传感器的需求就接近1万亿个单位。在国内,我国已实行欧III尾气排放标准,2009年国家将贯彻欧IV的尾气排放标准,届时电喷系统对于压力等微传感器的需求将迅速扩增。从市场调研的情况了解到,目前东风康明斯、玉柴机器、东风有限发动机厂等国内主要的柴油机生产企业都在进行电喷柴油机的开发。此外,制动系统、ABS系统、ESP系统、空气悬挂系统等对MEMS传感器都有应用需求。这些传感器对高效生产和乘客安全影响重大,且它们服役环境严苛,因此对可靠性要求很高。同时,由于汽车价格等的限制,这些传感器的批量供应的成本也应得到严格控制。“可靠性和成本”两个关键因素造成目前国际上这些领域所用的MEMS传感器主要由Bosch、Simens、Motorola等国外公司提供。
二国外主要研究现状总结
1总体上目前国外对MEMS的可靠性研究仍处于起步阶段。如S.Arney等人对MEMS可靠性的设计问题进行了探讨概述了MEMS可靠性设计的基本概念、定义,初步分析一些失效模式等。虽然这些为可靠性设计的研究提供了帮助,但是也有很大的局限性,大多只是从单个角度如费用、器件性能、知识库、对MEMS的可靠性研究进行了探讨,对产品开发某个阶段的可靠性因素进行了一定的分析,但对MEMS产品开发的各阶段的可靠性因素的作用与相互关系还缺乏清楚的理解,同时在MEMS开发设计过程中可靠性因素的考虑和反馈机制还重视不够,往往在产品开发的后期才引起关注,缺乏较为全面的MEMS可靠性设计方法。2、MEMS产品的生产制造,规模最大的是基于集成电路大规模生产的。然而,MEMS对可靠性的要求超过了集成电路。B.Stark编辑的“MEMSReliabilityAssuranceGuidelinesforSpaceApplications”一书初步提出了太空应用中的MEMS缺陷来源和失效机理分析以及它们对MEMS可靠性的影响;
DeWolf等人以RF-MEMS为例对MEMS可靠性定义、失效机理及失效模式影响分析
3、MEMS系统研究目标就在于提高MEMS的可靠性,即提高其寿命。X.Lafontan等人提出了失效分析/质量保证(failureanalysis/qualityassurance,FAPQA)分析方法,并对MEMS的寿命分析进行了探讨;S.L.Miller等人以微型梁单元结构为研究对象,采用有限元方法,分析了表面粗糙度和表面损伤对MEMS器件寿命的影响等。
4、MEMS系统工作原理涉及多学科、多领域,绝大多数MEMS装置都包含可动部件,因此MEMS在其制造和使用中容易发生原因复杂的失效。许多MEMS的失效机理还不清楚,不同失效机理间的内在联系和相互作用以及它们对MEMS可靠性的影响也没有充分的研究,缺乏科学合理的可靠性因素评估体系和失效模型。
5、目前由于MEMS可靠性问题中,制造和封装等环节中不确定性因素以及失效分析不完备,原因复杂。因此大多数的MEMS可靠性的分析方法都是定性分析,较为成熟的定量分析方法有待进一步研究。同时MEMS传感器可靠性在应用中涉及到汽车环境的研究较少,对传感器系统寿命分布模型进行定量描述,确定和提取可靠性参数等研究也不多见,亟待加强。
6、MEMS的原理、功能结构、制造封装、应用环境的复杂性,其可靠性测试问题也非常复杂。目前还没有较成熟的测试平台和测试方法。
三典型研究(MEMS机械可靠性
)1)美国Sandia国家实验室
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