MEMS器件可靠性分析设计软件的开发

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1、东南大学硕士学位论文MEMS器件可靠性分析设计软件的开发姓名：王磊申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：唐洁影20090401第一章绪论MEMS(MicroElectric．MechaIlicalS)，stem)技术作为微电子学与微机械学相互融合的产物，借助于当代先进的大规模集成电路制造工艺，将多种光、机、电功能器件集成于一体，真正实现了传统意义上的光机电一体化、微型化、数字化和智能化，大大扩展了微电子技术的应用领域，实现了电子技术的新飞越，在多个领域都显示出广阔的应用前景。而事实上，随着机械、

2、光、磁、声、流体、化学、生物等各物理域MEMS器件研究的日益深入，MEMS产品已经逐渐进入消费电子、汽车、通信、生物医疗、航天、国防等各大应用领域，市场份额逐年递增，新发明、应用不断涌现，成为继微电子技术之后又--f]具有强大渗透和革新能力的新兴技术【1’1l。然而，随着应用领域的日益广泛，MEMS的可靠性问题也变得越来越突出，已经成为制约MEMS产业进一步发展的重要因素。1．1MEMS可靠性可靠性问题是在最近几年才开始受到重视的，在MEMS的研发过程中，人们总是先把精力放在产品的设计、功能、可行性等等的考虑上

3、，最后才考虑可靠性。然恧，可靠性的重要性并不是最后一位，它直接关系到产品的开发效率、成本和商业化进程【1．2】。可靠性研究是一项迫切而又艰巨的任务。根据国家可靠性标准的定义，可靠性是指“产品在规定条件下和规定对闽内完成规定功能的能力”。这里规定的条件所指内容很广，可以是产品的各种外部气候环境，也可以是产品承受一定热、电工作应力；规定的时间一般指所保证的时间，有时也表示次数、循环数或距离等：至于功能则随产品种类而异。高可靠性的产品是通过设计、制造出来的，而不是靠检验和筛选得到的，所以可靠性研究在产品的开发研究设计

4、中有着很重要的作用。可靠性技术主要包括可靠性设计、制造可靠性、可靠性试验、可靠性管理和失效分析等【l。3】。(1)可靠性设计可靠性设计指的是在产品的设计阶段，除了要考虑满足性能和芯片的面积要求，还要考虑到可靠性指标要求。可靠性指标是根据器件本身特点和使用环境来确定的。如果按照传统方法，待产品制成后，经过测试、分析发现了可靠性问题，再来解决，这样周期长、成本高，不符合大规模MEMS器件生产的要求。所以在产品的设计阶段，充分考虑到产品的可靠性因素，使设计的产品满足使用需要。(z)制造可靠性保证在设计时所赋予产品的可

5、靠性在加工中不被降低，为此采取一系列措施，如人员的培训、原材料的检验、设备的维护，以及对整个工艺进行实时监测，出现不合格时及时中止生产以减小损失，并寻找原因加以解决。(3)可靠性试验依据产品和使用环境，以及相应的测试标准，进行例行试验，如各种环境试验、机械试验、寿命试验和失效率鉴定试验等。(4)可靠性管理对产品要有可靠性保证计划。实行统计过程控制，以保证产品的可靠性。对已经商业化产品，要有可靠性增长计划，不断提高产品的可靠性水平。要进行可靠性认证，贯彻国(军)标。同时重视可靠性信息的收集、整理和反馈。‘5)失效

6、分析制定失效分析的步骤和方法，生产中出现了凌品，要及对进行分析，寻找失效原因，寻找措施加以改进和解决。同时要编写使用手册，帮助用户遵守正确的使用方法和操作步骤，防止人为因素造成的失效。1东南大学硕士学位论文1．2MEMS可靠性设计1．2．1可靠性设计的重要性当生产的产品功能与设计的一致时，可以说产品是可靠的，为了确保生产的产品能运行一定的时间，通常会使用以下两种方法【1·4】：①在设计时预先考虑产品的可靠性；②在产品设计、制造和封装完成以后，进行可靠性加速实验。传统的做法都是采用第二种方法，即在产品设计、制造和

7、封装完成后进行可靠性测试，主要是在短时间内通过施加高温、高湿度、高电压和高强度等负荷来加速环境测试，如热循环、温湿循环和功率循环，从而加快失效的过程。这样一旦在测试中发现问题，整个产品就需要重新设计、制造、封装和测试，整个过程将耗去大量的时间和资金。图1．1【1．5】显示了尽早的考虑可靠性问题可以显著的降低成本，因此可靠性设计成为有效的手段。在系统制造和测试之前，完成进行预先设计的方法即为可靠性设计。此方法在设计产品时，就对各种可能的失效模式和机理加以预测，通过选择适当的材料和改善工艺来优化设计，从而减小和消除

8、可能的失效。g掣删旺积塾媒图1．1可靠性问题是产品开发整个过程中不可或缺的部分1．2．2可靠性设计的系统方法可靠性设计需要在MEMS器件设计之初就考虑到可靠性因素，并且纵贯器件开发的整个过程，涉及到MEMS器件从设计到测试众多的方面，包括建模与仿真、设计与布板、制造工艺、封装以及测试。因此，条理清楚的系统方法对于MEMS的可靠性设计是至关重要的，如图1．2【1．51所示，该方法包含的主