導讀：一流企業(yè)做標準，只有符合標準的技術(shù)認證、掌握標準制定權，才可以讓企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競爭中保持核心競爭力。企業(yè)如此，行業(yè)更是如此，對于傳感器領(lǐng)域，從設計、制造、測試、封裝等方面，目前很多都是采用國外標準，打造傳感器行業(yè)中國國家標準，對我國傳感器企業(yè)發(fā)展具有重要意義。
MEMS傳感器是采用微機械加工技術(shù)制造的新型傳感器。隨著(zhù)MEMS技術(shù)產(chǎn)業(yè)的日益成熟，MEMS傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，性能也越來(lái)越強大，產(chǎn)品已廣泛應用于汽車(chē)、醫療、工業(yè)、消費電子等眾多領(lǐng)域，是我國在十四五規劃中重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。不過(guò)，相對于MEMS工藝的迅速發(fā)展，MEMS可靠性的相關(guān)研究在我國還不夠成熟，與國外相比落后了很多，關(guān)于MEMS可靠性的評估方法在行業(yè)內鮮有標準化。
為什么共振疲勞試驗對MEMS結構的傳感器如此重要？我們首先了解一下什么是共振。
共振是物理學(xué)上常用的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。任何物體（系統）都有一個(gè)固有頻率，其固有頻率是由物體（系統）的材料、密度、外形等物理因素決定的。系統在周期性外力（強迫力）作用下發(fā)生受迫振動(dòng)，如果外力的頻率跟系統的固有振動(dòng)頻率接近或相等時(shí)，系統的受迫振動(dòng)將達極大值，這種現象叫做共振，這些特定的頻率稱(chēng)之為共振頻率。在共振頻率下，外力很小的周期性振動(dòng)也可引發(fā)物體（系統）很大的反應，因為系統在周期性的振動(dòng)過(guò)程中儲存了動(dòng)能。通俗地講，就是當周期性的驅動(dòng)力跟振動(dòng)合拍時(shí)，每次驅動(dòng)力都跟物體的速度方向一致，驅動(dòng)力做的都是正功，故振幅越來(lái)越大，能量也越來(lái)越大；反之，當驅動(dòng)力不與振動(dòng)合拍時(shí)，即振動(dòng)頻率不同時(shí)，它做的一部分功是負功，振動(dòng)系統所得能量要少，就很難引起共振。
對于完成封裝的MEMS器件來(lái)說(shuō)，長(cháng)時(shí)間的壓力負載可能會(huì )影響硅膜的彈性形變，而也可能導致硅膜疲勞，而共振產(chǎn)生的壓力負載會(huì )加劇傳感器疲勞失效的速度，這些損害會(huì )造成MEMS傳感器特性參數的漂移，嚴重的話(huà)會(huì )引發(fā)MEMS傳感器開(kāi)路和短路，從而影響產(chǎn)品最終的可靠性。
智芯傳感的MEMS結構共振疲勞試驗方法采用由激振器、拾振傳感器、控制器和記錄儀器組成系統，通過(guò)對樣品施加預期振動(dòng)幅值的共振振動(dòng)進(jìn)行疲勞試驗。
整個(gè)試驗環(huán)境的溫度范圍是15℃~35℃，相對濕度控制在20%~80%，而大氣壓力范圍則在86kPa~106kPa之間，試驗中，首先測量參考強度，測量樣品的共振特性，規定幅值增長(cháng)率、設置參數和過(guò)程監測來(lái)進(jìn)行試驗，當樣品失效或達到預定的試驗時(shí)間或次數時(shí)，試驗結束。在試驗過(guò)程中，需要記錄試驗環(huán)境的溫度、相對濕度、大氣壓力、樣品在試驗過(guò)程中特定時(shí)間間隔測量的振動(dòng)幅值和頻率，以及樣品失效時(shí)間。
集成結構器件顯微圖像
外部驅動(dòng)和集成應變結構
應力和疲勞壽命的關(guān)系理論表達式（部分）
硅材料的疲勞試驗結果
在該國標中提出了樣品中集成一個(gè)機械結構，用于激振或檢測樣品的振幅，并附錄了集成激振和檢測結構靜電器件、外部驅動(dòng)和集成應變結構（檢測位移）器件的試驗示例以及基于帕里斯（Paris）定律和韋伯（Weibull）分布的脆性材料疲勞壽命理論表達式，以及硅的疲勞試驗結果等內容。
微機電系統(MEMS)技術(shù)—MEMS結構共振疲勞試驗方法國標于2020年3月6日發(fā)布，并于2020年7月1日正式實(shí)施。
智芯傳感不僅在MEMS傳感器工藝方面有包括設計、生產(chǎn)、封裝、標定及模組方面的核心技術(shù)，而且在MEMS傳感器可靠性測量測試方面有獨到的理解和貢獻，已成為MEMS傳感器領(lǐng)域少有的全能型企業(yè)。
