高冲击环境下MEMS大量程加速度传感器结构的失效分析*

唐 军 ，赵 锐，石云波，刘 俊

(1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051；2.中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原 030051)

MEMS大量程加速度传感器是冲击、爆破、侵彻等大过载环境测试中的核心部件之一，目前主要应用于军事、航空航天领域。随着近年来侵彻武器的发展和对冲击爆炸现象的深入研究，对MEMS大量程加速度传感器的需求和要求也逐渐提高［1－5］。目前，现有文献对MEMS大量程加速度传感器可靠性的研究大多停留在模拟仿真环节，而对其在大过载冲击下的可靠性分析较少［6－8］。因此需要进一步研究MEMS传感器在大过载冲击下的响应，为其可靠性设计提供具体依据。

本研究首先对设计的大量程加速度传感器进行了芯片结构和封装描述，其后利用Hopkinson杆测试装置测试了传感器在100 000gn以上载荷下的输出信号，系统地分析了传感器抗大过载能力，测试结果表明该传感器在232 119.4gn下可以测试到有效输出信号。据此在分析了传感器可靠性的同时，对测试中失效传感器进行了分析，总结出大量程加速度传感器在大过载测试环境下的失效可总结为封装失效和结构失效两种，为深入研究大量程加速度传感器可靠性技术提供了依据。

1 传感器冲击测试

1.1 结构设计

传感器结构如图1(a)所示，其量程为150 000gn，抗过载200 000gn，采用四端全固支梁－岛型结构，梁与框架连接一端布置有压敏电阻，可以很好地抑制非对称性结构引起加速度传感器的横向效应［9］。梁的根部和端部布置有倒角结构，以分散传感器结构受到的应力。……