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在震荡等死板应力处境下，电子元器件和电子征战能否能牢固劳动是电子产物缔造商和用户稀奇体贴的题目，稀奇对汽车、飞机以及其余或许会在震荡处境下劳动的电子征战来讲更是稀奇紧要。而元器件和征战能否本领受震荡及其余死板应力，既和震荡等死板处境应力的强弱相关，也与其自己的震荡反响性格和抗死板应力的才力相关。因而，要治理元器件和征战的抗振及其余死板应力的牢固性题目，首先要能探测和评估其死板应力反响性格和抗振才力。

以工信部电子五所为依靠单元的“电子元器件牢固性物理及其运用技巧国度级要点测验室”，是开展电子元器件牢固性探索和技巧研发的业余测验室。在电子元器件以及电子征战的抗振牢固性方面开展了诸多科研和技巧效劳劳动，同时也竖立了完备的测试与评估才力。从这日开端，小编就将分三次为众人做个引见，渴望能对众人有所辅助。

系列之一：可动微组织震荡性格测试平台及其在MEMS范围中的运用

当前，MEMS技巧已普遍运用在航空、航天、国防及黎民经济的各个范围。MEMS器件，如微型传感器或实行器，已成为耗费电子、汽车、飞机、疗养征战和仪器的基础元器件。MEMS器件在处境勉励下的震荡性格测试数据关于新式产物的研发以及老练产物的标定和品质管控相当紧要。动态行动解析及可视化对MEMS器件等微型组织的测试和研发稀奇关键，这关于考证有限元算法、肯定串扰效反响丈量表面形变是必不行少的。

但由于MEMS内部可动组织尺寸在微米量级，稀奇小，通例的震荡测试办法根蒂没法获得其震荡性格。而测验室长远开展电子元器件震荡牢固性及性格测试解析劳动，竖立了国内独一的带真空高下温处境的可动微组织震荡性格测试平台。该平台集真空/高下温处境摹拟、显微震荡测试系统和双探针台于一体（图1），可实行MEMS微组织在繁杂处境下的面外震荡、面内震荡以及表面描摹丈量，供应准确的三维动态和静态反响数据，为MEMS产物研发单元在消沉开垦和制形成本的同时提升产物本能，进而缩小计划周期，简化阻碍责罚，提升产物产量。

图1带真空高下温处境的可动微组织震荡性格测试平台

（一）基根源理

做为可动微组织震荡性格测试平台的中央部件，显微测振系统是基于激光测振旨趣，哄骗激光多普勒技巧，非来往式地丈量样本表面震荡速率。仪器发出一束波长的激光，照到震荡物体表面，反射归来的激光频次产生变动（即多普勒频移），该频移量与物体的行动速率v成正比，，测出多普勒频移。该调频记号通过记号解调，能够获得震荡速率随时光的波形。当前的激光测振仪能够采取直接或直接的法子获得物理测试表面的震荡速率记号，通过积分或微分能够获得反响的位移或加快率震荡记号。显微激光测振系统是特地针对含有渺小可动组织的器件（如MEMS器件）开垦的，其通过集成显微镜及激光测振系统实行对渺小可动组织的测试，征战和旨趣图如图2所示。

（a）显微激光测振系统（b）激光测振旨趣示用意

图2显微激光测振系统及测试旨趣

（二）技巧参数及运用范围

1.技巧参数

带真空高下温处境的可动微组织震荡性格测试平台

机能模块

技巧参数

目标

处境

真空

0.01Pa~Pa

高温

+℃

低温

-℃

面外震荡丈量

丈量旨趣

激光多普勒旨趣

最大频次

2.5MHz

最大震荡速率

0.m/s~10m/s

速率分辩率

0.(μm/s)/Hz~1(μm/s)/Hz

位移分辩率

50fm/Hz

面内震荡丈量

丈量旨趣

频闪法

带宽

1Hz~2.5MHz

最大速率

0.1m/s…10m/s（与镜头强调倍数相关）

镜头强调倍数

1×…×

时光分辩率

ns(频闪暴光时光)；频闪最大隔离时光±40ns

系统输出

位移量、波特图、阶跃反响、衰减弧线、轨迹图等

描摹丈量

笔直丈量范围

μm

分辩率(RMS)

平滑表面评估程序45pm；粗劣表面评估程序1.2nm

可反复精度

平滑表面评估程序pm；粗劣表面评估程序20nm

2.机能特征

·微型组织的面外震荡测试：梳齿启动器、射频MEMS开关、FEM有限元模子考证、CMUT、PMUT超声换能器、MEMS薄膜压力传感器、PZT压电悬臂梁等

·微型组织的面内震荡测试：梳齿启动器、MEMS挽救激振器、压电陶瓷制动器的横向行动

·微型组织的表面描摹讨取：梳齿启动器、微型齿轮、微流量传感器、悬臂梁等表面描摹

3.运用范围

·微机电系统（MEMS）动态测试，如微型陀螺仪震荡丈量

·元器件内微组织动态测试，如键合丝、弦线等震荡性格丈量

·性命科学、医学、动物学探索，如虫豸等生物的活体的震荡性格丈量……

（三）运用示例：周详丈量MEMS梳齿微组织平面内的震荡性格

咱们基于竖立的带真空高下温处境的可动微组织震荡性格测试平台对MEMS梳齿微组织的面内震荡性格停止了丈量，包罗振幅、振型、频次等震荡参数。被测的MEMS组织如图3所示，对样本个别停止显微激光测振，如图4所示。

图3MEMS梳齿微组织

图4被测的MEMS器件微组织（图中网格状为模态实验测点安置）

震荡测试法子采取积极勉励的方法，勉励记号由粘在MEMS芯片底座上的压电陶瓷片来供应。积极勉励的记号由系统内置记号产生器形成并传输至压电陶瓷片，同时该记号可用做相位参考。

采取积极勉励方法的整个测点平衡频谱图如图5所示。采取积极勉励频谱图中一个最为显然的共振峰。由于有相位参考，整个测点的相对相位已知，进而得出振型动画。窥察振型动画可选出振幅最大的点，并显示其频谱。图6显示的是自勉励可动微组织在11.kHz和25.kHz时振型。

图5整个测点的平衡频谱图

(a)11.kHz(b)25.kHz

图6MEMS可动微组织在11.kHz和25.kHz时的振型

（四）归纳

本测验室搭建的可动微组织震荡性格测试平台，丈量速率快，时刻显示丈量数据，位移分辩率达亚pm级。在现场处境(室内)前提下，能准确丈量出轻微的震荡性格。基于频闪法的面内震荡丈量模块，能直觉灵活地显示组织面内震荡性格。基于白光干预旨趣的描摹丈量模块，可在几秒钟内供应数以百万计的组织三维表面数据。

同时，装备的真空及高下温处境腔，还能够在不同处境应力下对MEMS以及其余元器件内部的轻质微型组织停止震荡性格测试和解析。因而，该系统能够成为在测验室或临盆中停止宏观组织震荡解析的首选器械。

电子元器件牢固性物理及其运用技巧国度级要点测验室

关连人：董显山

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