微加速度计在温度、湿度、振动三综合环境下的失效机理分析

通过上述分析可知：当微加速度计不受外界环境条件影响时，器件的内部应力仅有残余应力；而当微加速度计受到温度应力作用的时候，由于构成器件的不同材料的热膨胀系数不同而产生了新的内部应力。所以温度应力在一定程度上劣化了残余应力对微加速度计的影响，增加了微加速度计的内部应力。

2.2 振动对微加速度计失效的影响

引起加速度计发生失效的主要失效机理是振动产生的应力大于加速度计的屈服强度和长时间的振动使结构产生疲劳而断裂[3]。

随着随机振动频率的增大，加速度计的响应越来越大，加速度计的输出越大，短时间的随机振动几乎没有对微加速度计造成损伤，当振动的时间延长之后，微加速度计的悬臂梁处发生了断裂失效，如图3所示。

图3 振动导致加速度计的结构发生破坏

2.3 湿度对微加速度计的影响

微平面表面水气的冷凝会导致结构的残余应力的增加[4]。如果这两个表面相互接近的话，它们之间相对湿度的增大将导致毛细力的增大，进而导致结构发生变形，最终导致结构发生粘附。如图4

图4 加速度计粘附的示意图

2.4 施加温度、湿度、振动三综合应力对微加速度计的影响

在进行温度、湿度、振动3种应力同时施加的综合试验时，从故障发生的机理来说，进行温度循环的产品内部由于材料热膨胀系数的差异发生伸缩,在结合部位发生松动分离[5]，这时如果施加湿度，潮气就会从缝隙间侵入，使结合部和连接处的摩擦系数降低，使接合面的作用能增大，因为表面互作用能与两表面之间的距离有关，因此，两表面的表面粗糙度很大程度地影响着表面互作用能的大小。表面互作用能随着表面粗糙度的增大而快速减少。同时，研究还发现，温度和相对湿度对黏附的产生以及表面互作用能的大小也有很大的影响。从图5可以看到，对应着不同的相对湿度，表面互作用能随着温度的升高有所减少。从图6中可以看到在高、低温度时，表面互作用能随着相对湿度对增大而增大。与此同时施加振动应力，相对于特定的频率，产品的共振现象还会发生。像这样通过运动吸湿、冻结、共振的反复过程，使新的失效模式（由大幅度加速的单独因子失效模式和3种因子综合的相叠加效果引起的）的出现成为可能。

图5 温度对表面互作用能的影响