智芯传感“MEMS结构共振疲劳试验方法”成为国家标准

导读：一流企业做标准，只有符合标准的技术认证、掌握标准制定权，才可以让企业在激烈的市场竞争中保持核心竞争力。企业如此，行业更是如此，对于传感器领域，从设计、制造、测试、封装等方面，目前很多都是采用国外标准，打造传感器行业中国国家标准，对我国传感器企业发展具有重要意义。

MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器。随着MEMS技术产业的日益成熟，MEMS传感器种类越来越多，性能也越来越强大，产品已广泛应用于汽车、医疗、工业、消费电子等众多领域，是我国在“十四五规划”中重点发展的领域。不过，相对于MEMS工艺的迅速发展，MEMS可靠性的相关研究在我国还不够成熟，与国外相比落后了很多，关于MEMS可靠性的评估方法在行业内鲜有标准化。

近年，由北京智芯传感科技有限公司（简称：智芯传感）参与的“微机电系统（MEMS）技术 MEMS结构共振疲劳试验方法”成为中国国家标准，国标号为GB/T 38447-2020，为MEMS传感器在共振情况下疲劳失效试验寻找到了一个国家认可的标准方法。

为什么共振疲劳试验对MEMS结构的传感器如此重要？我们首先了解一下什么是共振。

共振是物理学上常用的专业术语。任何物体（系统）都有一个固有频率，其固有频率是由物体（系统）的材料、密度、外形等物理因素决定的。系统在周期性外力（强迫力）作用下发生受迫振动，如果外力的频率跟系统的固有振动频率接近或相等时，系统的受迫振动将达极大值，这种现象叫做共振，这些特定的频率称之为共振频率。在共振频率下，外力很小的周期性振动也可引发物体（系统）很大的反应，因为系统在周期性的振动过程中储存了动能。通俗地讲，就是当周期性的驱动力跟振动“合拍”时，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力做的都是正功，故振幅越来越大，能量也越来越大；反之，当驱动力不与振动“合拍”时，即振动频率不同时，它做的一部分功是负功，振动系统所得能量要少，就很难引起共振。

对于完成封装的MEMS器件来说，长时间的压力负载可能会影响硅膜的弹性形变，而也可能导致硅膜疲劳，而共振产生的压力负载会加剧传感器疲劳失效的速度，这些损害会造成MEMS传感器特性参数的漂移，严重的话会引发MEMS传感器开路和短路，从而影响产品最终的可靠性。

智芯传感的“MEMS结构共振疲劳试验方法”采用由激振器、拾振传感器、控制器和记录仪器组成系统，通过对样品施加预期振动幅值的共振振动进行疲劳试验。

整个试验环境的温度范围是15℃~35℃，相对湿度控制在20%~80%，而大气压力范围则在86kPa~106kPa之间，试验中，首先测量参考强度，测量样品的共振特性，规定幅值增长率、设置参数和过程监测来进行试验，当样品失效或达到预定的试验时间或次数时，试验结束。在试验过程中，需要记录试验环境的温度、相对湿度、大气压力、样品在试验过程中特定时间间隔测量的振动幅值和频率，以及样品失效时间。

在该国标中提出了样品中集成一个机械结构，用于激振或检测样品的振幅，并附录了“集成激振和检测结构静电器件”、“外部驱动和集成应变结构（检测位移）器件”的试验示例以及“基于帕里斯（Paris）定律和韦伯（Weibull）分布的脆性材料疲劳寿命理论表达式”，以及“硅的疲劳试验结果”等内容。

“微机电系统(MEMS)技术—MEMS结构共振疲劳试验方法”国标于2020年3月6日发布，并于2020年7月1日正式实施。

智芯传感不仅在MEMS传感器工艺方面有包括设计、生产、封装、标定及模组方面的核心技术，而且在MEMS传感器可靠性测量测试方面有独到的理解和贡献，已成为MEMS传感器领域少有的全能型企业。

审核编辑：符乾江