TA的每日心情 | 开心 2020-9-8 15:12 |
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硅压力传感器的失效原理
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/ ~/ Q# c% o P- S6 N& G3 p9 f根据可靠性试验研究结果统计,硅压力传感器失效模式主要有以下几种形式:参数漂移(零点时漂、温度漂移)、绝缘性能降低、芯体渗漏、膜片破裂、焊缝裂纹、键合点断开、内部元器件脱落、外引线断开、参数退化等。采用常规的温度、机械、通电老化试验,可以使部分问题得到改观,但由于常规试验难以暴露存在的全部缺陷,也就无法从根本上实现传感器的高可靠性。" x* b2 X/ o7 X
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硅压力传感器的失效模式及失效比例统计结果表明,由温度和湿度等环境因素变化引起失效占有较大的份额。这类问题的出现,主要是芯片表面吸附水分子膜后发生电化学腐蚀造成的,芯片与焊料、键合点界面等都可能发生电化学腐蚀,这些水分子主要来源于封装材料固有吸潮性,还有外界引入的潮气,无论是哪种吸潮方式,吸潮机理的吸潮速率方程均为
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6 ^$ A6 F0 ~# R9 P式中:Cw为t时刻材料吸收水分子的浓度;C∞为材料吸收水分子的饱和浓度;Vm为材料吸潮速率常数。
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从硅压力传感器常规的湿热试验中发现,温度越高,水分子的渗透速率越快,材料寿命越短,即Vm是温度T的函数。. f2 S6 ?- F8 m( t& q! {/ _; O& h
6 Q9 C1 C! Z o g- d& h: E式中:A为相对湿度100%时的常数;△E为失效激活能;k为玻尔兹曼常数。
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这样的情况下,芯体的电极电位在应力作用下就会发生改变,这种电位的改变是( b/ @& M5 u; [: L7 P6 G
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式中:M为原子量;σ为施加的应力值;Y为杨式模量;σ为密度;F为法拉第常数;n为参与电化学反应的分子数;Z为强度-应力耦合因子。! N; k* _0 x: `- m1 K& Q
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这种腐蚀会增加微裂纹的变化速度,加剧某些位移的应力导致传感器加速失效。
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芯体在制造过程中造成的位错、划痕、微裂纹、损伤等缺陷,在外载荷应力的作用下会发生局部晶格结构的滑动带变化,当应力超过强度极限或发生累积效应时,就会导致芯体渗漏甚至膜片破裂,引起芯体不稳定的应变-应力关系。则
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式中:FS为屈服载荷;A0为初始横截面面积;σS为屈服应力。: x) L& I: d0 K
) D, R, i* L. Z; p' O当外部环境产生的应力大于或接近芯体的屈服应力,将会导致芯体加速失效。
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