介绍
高压灭菌器测验也叫高压锅测验，是恶劣环境所用的器材一般都要求进行的一种质量测验。 直到最近，轿车安全职业才开端提出高压灭菌器测验要求，以查验用于气囊传感器的 MEMS加快计 [1]。为了进行此测验，器材在环境实验箱不带电存储96/168小时，环境实验箱的气压为15psig、温度为120oC，相对湿度为100%。高压灭菌器经过必定的露出时刻后，器材在室温下从头测验。
虽然传感器的传感结构在密封环境下封装，以防止水分侵略，但MEMS加快计仍要接受高压灭菌压力，因为塑料包装资料可在过压和过湿条件下吸收水分。要测验加快计对高压灭菌器压力的易理性，咱们将80个 MEMS加快计置于高压灭菌器测验条件下。如图1所示，加快计由MEMS传感单元（g-cell）和操控ASIC组成，选用堆叠芯片结构组装在一个QFN 封装中。传感单元由飞思卡尔二聚外表微流构成，运用玻璃熔块经过晶片键合技能密封在密封腔里。
高压灭菌器测验成果显现，25oC时，9个部件无法到达偏移标准，要求9位输出的偏移改动少于+/- 26个计数。失效部件的最大偏移改动是-48/+39个计数。 当部件进行168小时测验时，发现了更多器材失效（与偏移改动的失效行为相同）。还发现这些部件在-40oC 和125oC下具有较小的偏移改动和较紧凑的散布。失效器材还显现在空气中露出一段时刻后，呈现缓慢回归标准的“自愈”行为。在正常大气条件下进行120℃焙烧，能够加快康复进程。失效和康复流程是可重复和可逆的。
图 1. MEMS 加快计： (a) QFN 封装视图（模具帽未显现）；(b) LSM视点的传感单元芯片视图
为了确认高压灭菌器失效的本源，咱们创建了一个失效剖析鱼骨图（图2），全面检查高压灭菌器测验条件下（湿度、压力和温度）偏移改动的一切或许原因。从以下四个首要方面检查了规划和制作工艺：封装、ASIC、传感器（g-cell）和测验。因而发现了微机械传感独有的三种失效机理。这三种机理是：
- 导致偏移改动的封装应力
- 电阻漏电
- 寄生电容改动
II. 封装应力影响
环氧树脂塑封（EMC）资料能吸收水分，且吸热会胀大 [2]。扫描声学显微镜（C-SAM）检测还提醒，复合模具和引线结构之间呈现过多分层。这些改动会改动封装和传感单元的应力状况，然后引起偏移改动。FEA 封装建模（图3）用于模仿这种应力改动的影响。这个模型考虑了 EMC 和引线结构之间的非对称分层。依据到达平衡时水分吸取大于0.54%这一原理，实验还假定吸湿应力为0.15%。
图 2. 高压灭菌器失效剖析鱼骨图
FEA 模仿成果显现，传感器的惯性质量位移适当对称，可是因为分层和吸湿胀大，封装的位移场不对称。模仿显现，吸湿胀大引起的位移与125℃时热应变引起的位移数量级相同。 封装应力引起的最大偏移改动猜测只要4个计数（最坏状况）。
用激光蚀刻去除传感单元周围的首要EMC部分，进一步剖析失效器材。这一做法思路是，封装的应力场将大幅改动，假如器材对封装应力灵敏，这或许导致偏移改动。但测验成果显现，大部分EMC移除之后，器材只要十分小的偏移改动。这一成果契合本来的 FEA猜测，EMC的吸湿胀大只会对偏移改动发生十分小的影响，封装应力作为高压灭菌器失效的本源被扫除。
虽然研讨显现封装应力不是高压灭菌器失效的本源，值得一提的是，这归因于应力不灵敏传感器/封装规划。封装吸湿应力十分大，假如传感器规划不正确，或许成为导致高压灭菌器失效的首要原因。削减封装应力易理性的规划战略已在[3]中评论。
图3 . EMC 吸湿胀大的FEA模仿
图4. 剥层剖析，消除封装应力作为失效本源
