MEMS可動結(jié)構(gòu)接觸可靠性的研測試.pdf

1、MEMS器件在日常運輸和工作中，以及航空航天及各類軍事系統(tǒng)中，常常遭受到不同程度的沖擊和碰撞，從而導(dǎo)致斷裂、分層、粘附等等失效現(xiàn)象的發(fā)生。止擋結(jié)構(gòu)(止擋層)是MEMS器件中常用的一種保護性機構(gòu)，主要用于保護大機械沖擊下MEMS器件中的可動部件。它直接關(guān)系到可動部件的性能以及長期工作的穩(wěn)定性與可靠性。
　　本文從MEMS器件中最常見的斷裂與粘附失效出發(fā)，開展了MEMS可動結(jié)構(gòu)接觸可靠性的研究。從理論上描述了MEMS器件中可動結(jié)構(gòu)在沖

2、擊環(huán)境下的失效現(xiàn)象，建立了沖擊響應(yīng)分析模型。針對MEMS器件中常見的斷裂與粘附失效，通過分析各類現(xiàn)有的止擋結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，提出了一種接觸面積小、結(jié)構(gòu)可靠的新型止擋結(jié)構(gòu)，并通過在上方增加一層防離面運動的隔板作為衍生結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)防錯位失效的功能。
　　同時，利用表面多晶硅工藝，將九種止擋(七種現(xiàn)有止擋結(jié)構(gòu)和兩種自行設(shè)計結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)制作于同一硅芯片上，并進行沖擊可靠性分析對比實驗，以此判斷不同止擋結(jié)構(gòu)在大沖擊環(huán)境下接觸可靠性的優(yōu)劣。實驗結(jié)果

3、表明，大沖擊下的主要失效現(xiàn)象為錯位失效與斷裂失效，而我們設(shè)計的帶有蓋板部分的止擋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗錯位失效性能。從而為MEMS器件可動部件的接觸可靠性設(shè)計提供了很好的參考依據(jù)。
　　本文基于接觸可靠性的分析以及止擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計和實驗，設(shè)計了帶有止擋結(jié)構(gòu)的高可靠性的MEMS加速度計，通過理論計算與有限元仿真，平衡各性能參數(shù)與設(shè)計尺寸，最終獲得一種基于橫向梳齒結(jié)構(gòu)的高靈敏度硅微加速度計以及一種基于縱向梳齒電容結(jié)構(gòu)的滿足高線性度的微加速度