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近年来,随着微电子技术的发展,微机械陀螺已经成为新的研究领域,MEMS陀螺的可靠性成为研究的热点问题。本文深入研究了MEMS陀螺在温度、振动和冲击等不同环境应力下的退化及失效特性。主要工作包括:在温度应力下对陀螺的退化特性进行研究。(1)研究了125℃高温下陀螺性能参数的退化特性,实验结果表明,由于高温老化导致陀螺真空度下降,导致陀螺的品质因子、角随机游走系数、零偏、零偏稳定性、标度因子等关键性能出现退化。(2)研究了125℃高温下陀螺驱动Q值的退化特性,发现驱动Q值随老化时间按幂指数减小,并建立了品质因子退化理论模型。(3)研究了85℃温度下驱动谐振频率的退化特性,实验结果表明,驱动谐振频率退化比较缓慢。(4)进行-55℃~125℃的温循实验,实验结果表明,由于温循应力不足,陀螺内部不会产生疲劳裂纹而导致陀螺失效。在振动应力下对陀螺的失效行为进行研究。一维随机振动载荷频率范围为50~2000Hz,陀螺谐振频率约为8KHz,实验结果表明,没有导致陀螺出现失效。综合应力试验中,三轴随机振动载荷频率范围为0~10KHz,温度为80℃,试验结果表明,陀螺的机械结构并没有损坏,而金丝引线脱落。在冲击应力下对陀螺的失效行为进行研究。对MEMS陀螺进行1942g、8397g的冲击实验,实验结果表明,冲击载荷幅值越大,对陀螺的冲击响应影响就越大,越容易导致悬臂梁断裂失效。对不同Q值陀螺进行8686g的冲击实验,实验结果表明,Q值越大,对陀螺的冲击响应影响就越大,越容易导致悬臂梁断裂失效。综上所述,温度应力对真空封装的MEMS陀螺的主要影响在于导致真空度的下降而引起器件性能下降,而振动和冲击则主要导致了结构的断裂,包括引线的断裂和MEMS结构的断裂,而且对于相同的冲击载荷,封装真空度越高,结构越容易失效。