静电换能器可靠性分析方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种静电换能器可靠性分析方法和系统，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击过程中监测静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值；调节所述偏置电压的幅值，并在电阻值从无穷大到有限值跳变时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及仪器测试
，特别是设及一种静电换能器可靠性分析方法和系 统。
技术介绍
静电换能器由两个可W存储相反电荷的导体所构成的电容器，在功能上包括传感 器与执行器，常见的静电MEMS(MicroElectroMechanicalSystems,微机电系统）器件包 括RF(Radio化equency，射频）MEMS开关、MEMS惯性器件、MEMS压力传感器等。W静电力 为驱动的平行板电容器结构，通常是一个平行板固定（固定平板），另一个平板由机械弹黃 悬支（可动平板），当两个平行板上时加电压时就会产生静电力，静电力使两平板之间的间 隙减少，从而引起位移和机械回复力，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等，方向 相反。其中，机械回复力随着极板位置线性变化，而静电力则随着极板位置非线性变化。 在实际应用环境中，机械冲击不可避免。在机械冲击作用下，可动平板将会发生位 移，由前面分析可W知道，此时就算施加在平板间的电压没有发生变化，但由于两平板之间 的间隙发生改变，将会导致静电力也发生改变，运可能会导致开关出现误动作：本来不应该 发生接触的偏置电压条件下，由于外界机械冲击的作用，导致开关出现意外的闭合接触动 作，严重影响了产品使用的稳定性和可靠性。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可分析评价静电换能器稳定性和可靠性 的静电换能器可靠性分析方法和系统。 阳〇化]一种静电换能器可靠性分析方法，包括W下步骤： 对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，所述偏置电压大于所述静电 换能器的保持电压并小于所述静电换能器的下拉电压； 阳007] 根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；[000引在机械冲击过程中监测所述静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值； 调节所述偏置电压的幅值，并在所述电阻值从无穷大到有限值跳变时，测量得到 当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。 一种静电换能器可靠性分析系统，包括： W11] 电压施加模块，用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，所述偏 置电压大于所述静电换能器的保持电压并小于所述静电换能器的下拉电压； 机械冲击模块，用于根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行 机械冲击； 阻值监测模块，用于在机械冲击过程中监测所述静电换能器的输入电极与输出电 极之间的电阻值； 偏置计算模块，用于调节所述偏置电压的幅值，并在所述电阻值从无穷大到有限 值跳变时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。 上述静电换能器可靠性分析方法和系统，对静电换能器的输入电极和偏置电极施 加偏置电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击 过程中监测静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值；调节所述偏置电压的幅值， 并在电阻值从无穷大到有限值跳变时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的 最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误 触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计W及对机械冲击和静电力禪合所引起 的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。【附图说明】 图1为一实施例中静电换能器可靠性分析方法的流程图； 图2为一实施例中下拉电压及保持电压的测试原理示意图；[001引图3另一实施例中静电换能器可靠性分析方法的流程图； 图4为一实施例中静电换能器可靠性分析系统的结构图； 图5为另一实施例中静电换能器可靠性分析系统的结构图。【具体实施方式】 一种静电换能器可靠性分析方法，适用于机械冲击与静电力禪合对静电换能器可 靠性影响的分析。由于静电力本身的大小是位移的函数，当施加在平行板电容器结构的两 个平行板上的电压增加时，静电力随着电荷的增加而增大。同时，力的增大使间隙高度减 小，而间隙高度的减小又依次使电容、电荷和电场增大。在静电力作用下，当可动平板运动 到两平板间隙的Ξ分之二处时，随着两平板间电压的增加，静电力的增加远远大于回复力 的增加，其结果是可动平板产生下塌从而与固定平板接触。 定义使可动平板运动到两平板间隙的Ξ分之二处的电压为下拉电压Vpi，则由W 上分析可W看出，当两平板之间的偏置电压为V〉Vpi时，可动平板产生下塌而与固定平板接 触，当两平板之间的偏置电压为￥八。1时，则两平板不会发生接触。基于该特性，可W构建多 种静电MEMS器件，如RFMEMS开关，W两平板之间的偏置电压作为控制信号：当V〉Vpi时，开 关电极接触，实现开关"开"的功能，当V<Vpi时，开关电极保持开路，实现"关"的功能。 RFMEMS开关为Ξ端结构，包括输入电极（对应于可动平板）、输出电极和偏置电 极（对应于固定平板），根据RFMEMS开关的工作原理，在输入电极和偏置电极之间施加一 直流偏置电压V〉Vpi的话，则输入电极就会被下拉到与输出电极接触，形成射频信号的传输 路径，当输入电极和偏置电极之间的偏置电压V小于保持电压Vp"(V<Vp。）的话，则输入电极 断开与输出电极的接触，形成开路。 对于RFMEMS开关，当一个射频电压V施加在两个平行金属板之间，平行板的重 叠区域为A，间距为g，可定义射频电压V:V(t)=V〇cos(2πft)其中V。是振幅，f为频率和t是时间。该电压产生一个静电力Fw。不考虑电容失 配，即没有反射，则该静电力为： 其中ε。是自由空间的介电常数。该力的低频部分对应于板之间所承受的力，该 力等效的直流电压等于： 因此，施加在平板之间的射频电压，都有一个等效电压V。。使平行板之间产生静电 力，在冲击环境中，冲击与等效的直流电压的禪合可能会导致可动平板下拉而产生误动作， 即使等效的直流电压低于该开关正常条件下的下拉电压Vpi。 为便于理解，全文均WRFMEMS开关为例对静电换能器可靠性分析方法进行解释 说明，如图1所示，包括W下步骤： 步骤S140 :对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压。偏置电压大于静 电换能器的保持电压并小于静电换能器的下拉电压。具体可先通过合适的夹具将RFMEMS 开关固定在冲击台上，W便后续进行机械冲击测试。将RFMEMS开关按图2所示电路图进 行连接，将RFMEMS开关1的输入电极la与具有电压扫描功能的直流电源2的负端2a相 连接，偏置电极Ic与直流电源2的正端化相连接；同时输入电极la与能够实时测试电阻 的仪表3的负端3a相连接，输出电极化与仪表3的正端3b相连接。 W33] 可预先测得RFMEMS开关的保持电压Vp。和下拉电压Vpi，保持RFMEMS开关处于 通电状态后，对输入电极la和偏置电极Ic施加偏置电压Vb，Vb的取值范围为：Vp"<Vb<Vpi， 同时还可通过仪表3监测输入电极la与输出电极化之间的电阻值R。 步骤S150:根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。预 设的冲击量级的具体取值可根据实际情况选取。在冲击环境中，机械冲击脉冲会使可动平 板产生位移，对于一定量级的机械冲击，在RFMEMS开关不上电的条件下，可能不会导致输 入电极la与输出电极化的碰撞接触，但是当RFM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电换能器可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，所述偏置电压大于所述静电换能器的保持电压并小于所述静电换能器的下拉电压；根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；在机械冲击过程中监测所述静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值；调节所述偏置电压的幅值，并在所述电阻值从无穷大到有限值跳变时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钦文，何春华，肖庆中，朱军华，王蕴辉，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44