MEMS加速计的三种高压灭菌器失效机理

图3 . EMC 吸湿膨胀的FEA模拟

图4. 剥层分析，消除封装应力作为失效根源

III. 漏电影响

环氧材料的介电性能也可以通过水分摄取来改变。如图4所示，摄取水分之后，环氧/玻璃/云母复合材料的体积电阻率减少10倍以上（高达1%）。此外，尽管高压灭菌器试验箱中使用了去离子水，高压灭菌器大气的水凝结可以把封装材料内的离子污染聚集在一起，形成不同潜力的传感器之间的漏电通道。

MEMS传感器的加工步骤也有助于形成潜在的漏电通道。一方面，牺牲性氧化蚀刻步骤中使用的氢氟酸可能留下氟离子。而且，密封材料（玻璃熔块）中富含氧化铅，特定条件下可以沉淀成导电铅结。图5中的SEM图显示了玻璃熔块键合区出现的结节或团块非常明显（但Auger 分析不能区别它们是铅还是氧化铅）。

图 5. 玻璃熔块区的SEM图

图6 调制器扫频测量结果

应该指出的是，如果“火”线和地线之间存在电阻漏电，则会出现偏移变化。∑△ 调制器前端对保存在差分电容器中的电荷（即传感单元）进行采样。理想情况是，当传感单元带有Vref电荷时，电荷传送到集成电容器，不会随着时间推移而改变。但是如果充电电极（或火线）与地线之间存在漏电通道，就不会将所有电荷传送到集成电容器，电荷可能漏电到地线，导致集成的值较小，当差分电容器具有不同程度的漏电时，会出现净偏移变化。

很难直接测量漏电（大于1Gohm）。用曲线跟踪测量高压灭菌器测试前后引脚之间的I-V，不显示引脚之间有明显的电阻变化。于是采用间接漏电测量方法。这种方法主要测量调制器的扫频。调制器时钟频率为8-1MHz不等，在每个时钟频率点取偏移值。图6显示了扫频测量的结果。测量发现，失效器件（器件1718和器件1079）的偏移随着调制器时钟频率而不同，但正常器件（器件533和1121）则保持大致相同的偏移。这种现象的原因是固定直流电漏电，较长集成时间（较低时钟频率）会导致集成的电荷值较小。

扫频结果似乎说明偏移失效与漏电有关，因为要集成的电荷量随着集成时间而变化。问题是，漏电发生位置在哪里？为了找出漏电位置，执行了FA操作，通过激光蚀刻和化学蚀刻，选择性地去除某些区域的EMC材料。将EMC材料从传感单元键合“存放”区域去除（图7）发现，漏电行为（偏移与调制器时钟频率有关）消失。这证明焊盘存放区域内存在漏电通道。由此断定，高压灭菌器大气的水凝结聚集了离子，从而促进了漏电。多晶硅转子或传感单元导电帽之间可能有漏电。

图7 查出泄露位置的剥层分析

为了消除直流电漏电，因此从设计上建议在多晶硅转子上覆盖氮化硅钝化层，作为修复方法。 钝化层设计的生产和高压灭菌测试作为下一步实施。

IV. 寄生电容