MEMS加速计的三种高压灭菌器失效机理

其中 l是键合线的长度，r 是键合线的半径，d是两条键合线之间的距离，εr是EMC的介电常数（干燥时和高压灭菌测试之后）。

象体积电阻率一样，EMC材料的介电常数也可以通过摄取水分来改变（图4）。干燥条件和吸水条件下的介电常数变化可能高达两个数量级。在低频率范围（小于1Hz），这种影响更明显。在较高频率范围，差别通常小很多。测试 MEMS 加速计的 QEN封装所用的特定EMC材料与 MEMS器件采用相同的高压灭菌器测试条件。表1显示了EMC材料的介电常数在高压灭菌器压力前后可能增加2.8%。

表1 EMC的介电性能： 96小时的高压灭菌器测试之后

EMC 介电常数出现2.8%的变化可能产生1.4fF的电容变化。如此小的电容变化要使用 LCR 仪表测量出来是不可能的，但它足以在9位输出上产生15个计数的偏移变化。高压灭菌器压力产生的寄生电容变化很难控制，因为它是EMC材料特征的一部分。但有几种设计对策可以缓解此问题。一种方法是提高传感器灵敏度，从而只需要较低的调制器增益。我们的观察也支持这种方法，发现用不同的MEMS加速计设计（具有2倍灵敏度）在高压灭菌器测试中有更好的表现。另一种方法是采用不同前端/架构设计，将屏蔽节点从中间节点分离出来，这样敏感节点和屏蔽节点之间的寄生电容不会产生偏移。

V. 结论

本文共讨论了MEMS加速计的三种高压灭菌器失效机理。分别说明了每一种失效机理的FA方法（通过建模和测量）和设计改进。排除了封装应力作为高压灭菌器失效的根源。传感单元内的漏电通过调制器扫频测量得到了确认。依据EMC材料的介电性能测量研究了寄生电容。我们认为漏电和寄生电容变化都存在于高压灭菌失效器件中。最后还为所确定的每个根源建议了设计对策。当测试结果一出来，就会按照报告的测试结果进行这些改进。