可靠性预计模型

　　微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息[1].微加速度计可以和微型陀螺仪组合构成微型惯性测量单元,用于战术武器、智能炮弹的制导系统,微小卫星的测控系统,以及汽车、机器人等的测控系统中[2—3].但是微加速度计还没有完全实现市场化,微加速度计的可靠性问题已经成为制约其广泛应用的关键因素.加速度计的种类繁多,其原理、设计和工艺技术既有共同之处又各具特点[4—5].加速度计的失效不仅与生产条件和水平有关,还取决于使用中施加的应力和所处的环境.

　　一个完整的微加速度传感器是由加速度计微结构、键合引线以及封装管壳等组成的系统,如图1所示.

　　加速度计的失效可分为两类.

　　(1)第Ⅰ类:内部失效.包括芯片材料缺陷以及工艺缺陷引起的失效.

　　(2)第Ⅱ类:外部失效.包括封装失效和内外引线失效.

　　本文主要以压阻式加速度计为研究对象,分析了影响加速度计可靠性的主要因素,建立了微加速度计的可靠性预计模型,并预测了预计模型的发展前景.

　　1　影响加速度计可靠性的主要因素

　　上述失效类型,也是影响微加速度计可靠性的主要因素.下面对此进行详细分析.

　　1·1　内部失效对微加速度计的主要影响

　　芯片材料的缺陷及工艺上的缺陷是造成微加速度计内部失效的主要原因.材料的缺陷使材料的抗拉、抗断裂的强度下降,将直接影响微加速度计的可用性与可靠性.

　　工艺控制过程的不成熟,造成由此加工的微加速度计的尺寸精度与设计结构尺寸相差过大,导致最终的微加速度计的性能、技术指标等特性参数与设计值相差甚远.通过国内目前工艺加工出来的微加速度计的微结构,其梁长、梁宽的尺寸偏差为5μm,而梁厚的偏差则有10μm.这在很大程度上影响了微加速度计的性能.

　　1·2　外部失效对微加速度计的主要影响

　　外部失效包括内外引线键合不良、外壳裂纹、外引线镀层腐蚀、内外引线脱落等失效.这类失效除了与封装工艺及外壳质量有关外,还与封装形式(如双列直插式、扁平式或金属圆形、菱形,管腿数多少,密封或非密封)有关.

　　使用环境中存在的振动、冲击等机械应力会使本来就键合不良的内引线脱落,加速度计的微结构产生微裂纹或发生断裂,使锈蚀严重的外引线折断.这种机械应力还会使外引线根部的微细漏孔扩大,使水汽易于进入内腔,这种损害对塑封器件可靠性的影响尤为严重.

　　环境温度剧烈变化,将严重影响微加速度计的性能,如压阻式微加速度计的压敏电阻在温度剧烈变化时容易产生漂移失效.加速度计是由不同的材料构成的,有金属、半导体材料和金属引线等.这些材料的热膨胀系数不相同,一旦遇到温度变化,就会在不同材料的交界面产生压缩或拉伸应力,这就是热不匹配应力.这将导致加速度计的微结构产生微裂纹以及封装的密封性失效.