MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 加速度計は、家庭用電化製品から自動車、航空宇宙用途に至るまで、幅広い業界の基礎技術として台頭してきました。 MEMS 加速度計の大手サプライヤーとして、当社はこれらのデバイスの重要性と、その潜在的な故障モードに対処する必要性を理解しています。このブログ投稿では、MEMS 加速度センサーの一般的な故障モードを調査し、その原因と考えられる解決策についての洞察を提供します。
1. 機械的故障
MEMS 加速度センサーで最も一般的な故障モードの 1 つは、機械的故障です。これらのデバイスは通常、柔軟なビームによって吊り下げられた微細加工されたプルーフマスで構成されます。加速度に応じてプルーフマスが動き、この動きが電気信号に変換されます。
サスペンションビームの疲労
プルーフ マスを保持するサスペンション ビームは、通常の動作中に周期的な応力を受けます。時間の経過とともに、この周期的な応力により疲労が生じ、梁に亀裂が発生する可能性があります。疲労破壊は、高周波振動や衝撃荷重によって加速されることがよくあります。たとえば、加速度計がエンジンや道路状況からの継続的な振動にさらされる可能性がある自動車用途では、疲労破壊のリスクが比較的高くなります。
このリスクを軽減するために、当社では先進的な材料と製造技術を使用しています。機械的特性に優れた単結晶シリコンなど、耐疲労性の高い材料を選択しています。さらに、応力を均等に分散するようにサスペンション ビームの設計を最適化し、亀裂が発生する可能性を減らします。
スティクション
スティクションは、プルーフマスまたは MEMS 加速度計のその他の可動部品が基板またはその他の近くの表面に張り付くときに発生します。これは、ファンデルワールス力や毛細管力などの表面力によって発生する可能性があります。スティクションは、湿度の高い環境やデバイス表面に汚染物質がある場合に問題になることがよくあります。
当社の製造プロセスでは、汚染物質の存在を最小限に抑えるために厳格な清浄度管理を実施しています。また、可動部品の表面にアンチスティクションコーティングを施します。これらのコーティングは表面エネルギーを低減し、部品がくっつきにくくします。
2. 電気的故障
電気的故障は、MEMS 加速度センサーにとってもう 1 つの重大な懸念事項です。これらのデバイスは、電気回路に依存してプルーフマスの機械的な動きを電気信号に変換します。
断線または短絡回路
MEMS 加速度センサーの電気接続で断線または短絡が発生する可能性があります。開回路は、ワイヤボンドの破損またはデバイス上の導電性トレースの亀裂によって発生する可能性があります。一方、短絡は、金属の移行や導電性汚染物質の存在によって発生する可能性があります。
当社では製造工程中に厳格な電気試験を実施し、断線や短絡を早期に検出します。当社の試験装置は、軽微な電気的異常も識別できるため、顧客に出荷する前に欠陥のあるデバイスを排除することができます。また、デバイスの信頼性を向上させるために、設計に冗長電気接続を使用しています。 1 つの接続に障害が発生しても、冗長接続によって適切な動作が保証されます。
信号ドリフト
信号ドリフトとは、MEMS 加速度センサーの出力信号が時間とともに徐々に変化することを指します。これは、温度変化、電子部品の経年劣化、機械的ストレスなど、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。
信号のドリフトを補償するために、当社の MEMS 加速度センサーには温度センサーと校正アルゴリズムが組み込まれています。温度センサーは周囲温度を測定し、校正アルゴリズムはデバイスの温度依存特性に基づいて出力信号を調整します。また、コンポーネントの経年変化を理解し、適切な補償戦略を開発するために、開発段階で長期経年劣化テストを実施します。
3. 環境障害
MEMS 加速度センサーは過酷な環境条件にさらされることが多く、故障につながる可能性があります。
温度関連の障害
極端な温度は、MEMS 加速度センサーのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。高温では材料の機械的特性が変化し、応力が増大し、機械的故障が発生する可能性があります。低温では包装材料の粘度が増加し、プルーフマスの動きに影響を与える可能性があります。
私たちのMEMS加速度計広い温度範囲で動作するように設計されています。デバイスへの熱応力を最小限に抑えるために、熱膨張係数の低い材料を使用しています。さらに、高温加速度センサー高温環境での動作が必要なアプリケーション向け。これらのセンサーは、高温に耐えられるように特別に設計およびパッケージ化されています。
湿気と腐食
湿気は MEMS 加速度センサーの金属部品の腐食を引き起こし、電気的および機械的故障につながる可能性があります。腐食により表面粗さが増大し、スティクションの問題が発生する可能性があります。
当社では、密閉パッケージを使用することで、MEMS 加速度センサーを湿気や腐食から保護しています。気密パッケージはデバイスを外部環境から密閉し、湿気やその他の汚染物質の侵入を防ぎます。また、電気接続用の貴金属など、デバイスの構築に耐食性材料も使用しています。
4. 放射線 - 誘発障害
航空宇宙産業や原子力産業などの一部の用途では、MEMS 加速度計が放射線にさらされる可能性があります。放射線は、デバイス内の半導体材料や電子部品に損傷を与える可能性があります。
シングル - イベントエフェクト (SEE)
シングルイベント効果は、陽子や重イオンなどの高エネルギー粒子が MEMS 加速度計に衝突すると発生します。これにより、シングル イベント アップセット (SEU) やシングル イベント ラッチアップ (SEL) など、デバイスの電気的特性に一時的または永続的な変化が生じる可能性があります。
当社の MEMS 加速度センサーは耐放射線性を考慮して設計されています。当社では、放射線耐性のある材料とシングルイベントの影響を受けにくい回路設計を使用しています。また、当社のデバイスが高放射線環境の要件を満たしていることを確認するために、放射線試験も実施しています。
結論
のリーディングサプライヤーとしてMEMS加速度計、私たちは高品質で信頼性の高い製品を提供することに尽力しています。 MEMS 加速度センサーの一般的な故障モードを理解し、適切な軽減戦略を実装することで、当社のデバイスが幅広いアプリケーションで適切に動作することを保証できます。
プロジェクトに MEMS 加速度センサーが必要な場合は、要件について詳しく話し合うために、ぜひお問い合わせください。当社の専門家チームは、最適な製品の選択を支援し、調達プロセス全体を通じて技術サポートを提供します。基準が必要かどうかMEMS加速度計、デジタル出力水晶屈曲加速度計、または高温加速度センサー、私たちはあなたのニーズを満たす専門知識と製品を持っています。
参考文献
- コバックス、GTA (1998)。微細加工トランスデューサーのソースブック。マグロウ - ヒル。
- サウスダコタ州セントリア (2001)。マイクロシステム設計。クルーワー学術出版社。
- Elwenspoek、M.、Wiegerink、R. (2001)。 MEMS: マイクロ - 電気 - 機械システム。ケンブリッジ大学出版局。