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MEMS,传感技术相关技术文章MEMS陀螺仪加速参数退化的可靠度评估
MEMS陀螺仪广泛应用于航空、航天、国防等领域，其在应用过程中的质量和可靠性要求越来越高，而衡量器件可靠性重要指标的可靠度评估问题备受关注，尤其是如何采用高效准确的可靠性试验与评估方法得到符合ＭＥＭＳ陀螺仪原理、敏感结构尺寸、加工工艺及工作规律的可靠度指标。
以失效时间为依据的可靠度评估方法只利用了样本的正常和失效两种状态，忽视了退化过程的微观变化；基于性能退化的可靠度评估方法试验时间足够长，试验样本数量足够多，否则对样本可靠度做统计推断的精度较差。针对此问题，本文提出了MEMS陀螺仪加速参数退化的可靠度评估方法。
1 MEMS陀螺仪结构及退化评估方法
本文研究的MEMS陀螺仪基于静电驱动、电容检测原理，结构如图１所示，其中角速率敏感元件是核心部分，主要由驱动模块、微结构和检测模块组成。描述MEMS陀螺仪特性的参数有很多，其中零偏易于稳定测量又能客观反映样本的工作状态，是应用领域关注的最基本参数，因此选择零偏作为加速退化试验的特征参数。
图1 MEMS陀螺仪组成结构框图
MEMS陀螺仪在实际应用环境中常伴随高温、温变、瞬态高温等恶劣环境，而制作芯片的硅材料受温度变化影响显著，不但结构尺寸发生变化，而且弹性模量、残余应力等性能也会变化，从而导致器件失效，造成测试弹体信息的精确度下降。为快速得到样本失效敏感参数退化量与温度的关系，采用加速恒定步进应力的加载方式，最高应力不能大于该样本结构材料、制造工艺所能承受的极限应力，且保证不同应力下退化失效机理一致。依据阿伦尼斯模型，确定尺度参数与应力的关系，利用试验数据计算加速参数，从而得到可靠度指标。
2 加速参数退化的可靠度评估方法
加速参数退化可靠度评估的核心是合理建立参数退化模型和相关参数的加速模型。建立参数退化模型包括基于退化轨迹拟合和基于退化量分布拟合，其流程如图２和图３所示。