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战术武器用MEMS陀螺仪在加工工艺上的控制要点

随着MEMS陀螺仪在战术武器中的应用,研制过程中暴露出许多问题。为提高战术导弹的研制质量,向部队提供性能先进、质量优良的武器装备,MEMS陀螺仪需要解决微机械加工工艺这一关键性技术问题。

 

MEMS陀螺仪微机械加工精度监测,资料图


MEMS陀螺仪对微机械加工工艺具有高度的敏感性,加工工艺偏差、加工应力以及可靠性等对MEMS陀螺仪的成品率至关重要。整个微机械加工工艺流程是实现MEMS陀螺仪长期稳定工作的基础,因此必须加强微机械加工工艺过程的控制。

加工精度控制

MEMS陀螺仪微敏感结构的加工精度主要体现在梳齿、弹性梁等关键结构的加工误差控制,这直接影响了MEMS陀螺仪敏感结构的对称性、谐振频率、相位以及振动稳定性等结构特性。

工艺参数在线控制

根据产品过程质量控制的要求,需要对整个微机械加工工艺流程进行在线控制。在MEMS陀螺仪微机械加工工艺复杂流程中,应识别出产品的关键工艺参数,建立一整套在线测试与质量评估方法,提高微机械加工工艺一致性和成品率,如光刻对准精度的在线监测、键合强度的在线监测、采用扫频技术测量敏感结构振动幅度与频率的关系以及装配过程的应力测试等。

环境适应性筛选

环境适应性筛选是为了早期剔除有故障的器件,MEMS陀螺仪敏感结构失效模式包括残余应力、结构断裂和疲劳等。

残余应力的存在会降低微结构的使用寿命,尤其在频繁振动和冲击的情况下会对微结构造成致命的伤害。结构断裂主要发生在梳齿或微悬臂梁处,会使器件输出非线性,同时产生的微粒还可能在器件内部形成短路。疲劳是指在低于材料弯曲或破裂强度的周期应力作用下导致器件失效,通常发生在硅微结构应力集中的部位。机械疲劳应力经过不断累积,导致可动部件的断裂,器件的寿命缩短,最终引发失效。

国内大部分MEMS试验室依据微电子可靠性试验标准,如《GJB548B-2005微电子器件试验方法和程序》,进行环境适应性筛选试验。对于这类标准在MEMS器件中的适用性还有质疑,需要进一步开展相关研究工作。

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