[发明专利]MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法

说明书

本发明提供了一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，包括建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；建立因腔体内部材料释气以及腔体的泄漏共同影响下腔体内部压强随时间的变化关系；建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型；建立受稀薄气体阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；建立在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化模型，并基于该模型进行退化分析。本发明分析了电容式加速度传感器各种参数与品质因子之间的关系，为电容式加速度传感器的设计及维护提供了参考依据，也为电容式加速度传感器的退化及寿命分析提供了帮助。

技术领域

本发明属于真空封装MEMS传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法。

背景技术

微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS)在21世纪迅猛发展，目前已广泛用于信息、汽车、消费、工控等领域。其体积小、功耗低、内部结构紧密，其批量生产的成本低，且具有很高的精度以及灵敏度。但也正是由于这些特点，MEMS器件性能受气体阻尼的影响很大，尤其对于谐振结构的MEMS器件而言，气体阻尼会消耗谐振结构的MEMS器件的能量，使器件的品质因子下降，进而降低MEMS器件的性能，MEMS梳齿电容式加速度传感器是典型的谐振结构MEMS器件，其品质因子Q受腔体内部的气体阻尼影响很大。

对于MEMS器件，影响品质因子大小的因素有两个方面。一是气体阻尼，其会阻止质量块的移动，进而影响品质因子；二是热弹性阻尼，给系统提供散热机制，使得系统保持平衡状态。此外，还有其他阻尼会对品质因素产生影响，如材料内部的结构阻尼，一般来说，材料的结构阻尼远远小于气体阻尼。

影响腔体内气体阻尼的因素有很多，如腔体泄漏，腔体内部材料放气，外部气体的渗透等。但主要的影响因素还是腔体泄漏以及腔体内部材料放气，材料都有着对气体的吸附特性，在封装前，待封装的零件会吸附部分气体，封装的腔体也会吸附气体，在封装完成后，这些气体会释放到腔体中。在达到平衡后，又由于温度的不断变化，材料会随着温度升高而放气，随着温度下降而吸气。另外，由于密封工艺以及材料本身属性等原因，密封腔体存在泄漏，泄漏一般较为稳定，随温度变化影响较小，是长期影响腔体内真空度下降的主要因素。

弹性系统的运动，其机械能通常被认为是不守恒的，这一过程中，通常伴随着机械能向热能的转换，即使是等温的、且完全线性的弹性体而言，这种能量的转换也是一定存在的。对于热弹性体而言，应力场与温度场之间存在着某种关联的，这使得在接受到外界的能量输入后，系统通过散热来维持平衡状态。

目前还没有关于MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化的物理模型，相关的MEMS产品的品质因子退化研究也并没有综合考虑到热弹性阻尼对品质因子的影响，目前有关于MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化趋势都是通过实验测量所得到的，实验所得结果缺乏理论的支撑。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，解决了现有技术中通过实验测量分析MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化趋势其缺乏理论支撑的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，包括以下步骤：

S1、分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；

S2、通过分析腔体部内真空度的影响因素，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型；