隨著MEMS陀螺儀在戰(zhàn)術(shù)武器中的應(yīng)用，研制過程中暴露出許多問題。為提高戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的研制質(zhì)量，向部隊(duì)提供性能先進(jìn)、質(zhì)量優(yōu)良的武器裝備，MEMS陀螺儀需要解決微機(jī)械加工工藝這一關(guān)鍵性技術(shù)問題。

MEMS陀螺儀微機(jī)械加工精度監(jiān)測，資料圖

MEMS陀螺儀對(duì)微機(jī)械加工工藝具有高度的敏感性，加工工藝偏差、加工應(yīng)力以及可靠性等對(duì)MEMS陀螺儀的成品率至關(guān)重要。整個(gè)微機(jī)械加工工藝流程是實(shí)現(xiàn)MEMS陀螺儀長期穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，因此必須加強(qiáng)微機(jī)械加工工藝過程的控制。

加工精度控制

MEMS陀螺儀微敏感結(jié)構(gòu)的加工精度主要體現(xiàn)在梳齒、彈性梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的加工誤差控制，這直接影響了MEMS陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、諧振頻率、相位以及振動(dòng)穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)特性。

工藝參數(shù)在線控制

根據(jù)產(chǎn)品過程質(zhì)量控制的要求，需要對(duì)整個(gè)微機(jī)械加工工藝流程進(jìn)行在線控制。在MEMS陀螺儀微機(jī)械加工工藝復(fù)雜流程中，應(yīng)識(shí)別出產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝參數(shù)，建立一整套在線測試與質(zhì)量評(píng)估方法，提高微機(jī)械加工工藝一致性和成品率，如光刻對(duì)準(zhǔn)精度的在線監(jiān)測、鍵合強(qiáng)度的在線監(jiān)測、采用掃頻技術(shù)測量敏感結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度與頻率的關(guān)系以及裝配過程的應(yīng)力測試等。

環(huán)境適應(yīng)性篩選

環(huán)境適應(yīng)性篩選是為了早期剔除有故障的器件，MEMS陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)失效模式包括殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞等。

殘余應(yīng)力的存在會(huì)降低微結(jié)構(gòu)的使用壽命，尤其在頻繁振動(dòng)和沖擊的情況下會(huì)對(duì)微結(jié)構(gòu)造成致命的傷害。結(jié)構(gòu)斷裂主要發(fā)生在梳齒或微懸臂梁處，會(huì)使器件輸出非線性，同時(shí)產(chǎn)生的微粒還可能在器件內(nèi)部形成短路。疲勞是指在低于材料彎曲或破裂強(qiáng)度的周期應(yīng)力作用下導(dǎo)致器件失效，通常發(fā)生在硅微結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的部位。機(jī)械疲勞應(yīng)力經(jīng)過不斷累積，導(dǎo)致可動(dòng)部件的斷裂，器件的壽命縮短，最終引發(fā)失效。

國內(nèi)大部分MEMS試驗(yàn)室依據(jù)微電子可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如《GJB548B-2005微電子器件試驗(yàn)方法和程序》，進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性篩選試驗(yàn)。對(duì)于這類標(biāo)準(zhǔn)在MEMS器件中的適用性還有質(zhì)疑，需要進(jìn)一步開展相關(guān)研究工作。