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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( m% \, s, H" ?: g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。
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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- u, I/ V3 h. L% W3 L
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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。
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* \+ V- M( b, e0 p: J O- }" x" {) Z7 ?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。6 D9 H2 W+ ~, L- E
3 x3 i. q1 L" J7 j2 g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: b8 P) m/ U+ p+ p
5 T6 k3 N- m: [# c7 x3 \/ i8 @( e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。
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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。& R/ ^8 d" z0 R) t
- w) `+ g& b1 J; e* T0 I; ^+ f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。
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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。4 B5 ]9 v( j8 g7 H+ t
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