【技术实现步骤摘要】
一种传感器长时间高温蠕变加速仿真方法
本专利技术属于传感器高温长时间恶劣环境下可靠性分析
，涉及到薄膜绝缘介质热致残余应力的有限元分析方法，尤其涉及一种传感器长时间高温蠕变加速仿真方法。
技术介绍
绝缘介质薄膜在MEMS器件中得到了广泛的应用，尤其是以二氧化硅薄膜为代表的绝缘介质层，由于具有较好的工艺兼容性，在传感器制造过程中得到了广泛应用。比如二氧化硅薄膜在碳化硅基电容式高温压力传感器关键结构中就起着电学隔离、钝化保护、机械支撑等重要作用。但是在薄膜的淀积过程和热处理过程中，会不可避免地引入残余应力，如何对该残余应力进行有效的分析是一个重要课题。残余应力主要分为热应力和本征应力，热应力部分又可以分为可恢复的弹性应力(或应变)、不可恢复的塑性应力(或应变)。已知材料在(0.3～0.4)Tm的临界温度情况下会发生高温蠕变，其中Tm为材料熔点温度。介质薄膜由于其材料特性相比体材料也有所不同，没有固定熔点，但是在高温下微观组织会发生软化。所以薄膜在长时间高温下会不可避免地产生高温蠕变，由高温蠕变产生的塑性不可恢复形变...
【技术保护点】
1.一种传感器长时间高温蠕变加速仿真方法，其特征在于，利用含有蠕变模块的有限元软件对含有衬底-介质薄膜结构的传感器进行仿真，包括如下步骤：/n步骤一、校准介质薄膜的高温蠕变关键参数，包括材料常数C1、蠕变应力指数C2、表观激活能与理想气体常数之商C3，具体校准方法为：/n1.1、在有限元软件中，建立与实际衬底-介质薄膜样品的尺寸完全一致的衬底-介质薄膜双层有限元模型，选择隐式蠕变模块下的相应本构方程，导入C1、C2、C3的初始值；/n1.2、利用有限元软件进行温度场分析求解；/n1.3、将步骤1.2求解获得的数据导入有限元软件的瞬态结构分析模块，利用有限元软件进行瞬态结构场...
【技术特征摘要】
1.一种传感器长时间高温蠕变加速仿真方法，其特征在于，利用含有蠕变模块的有限元软件对含有衬底-介质薄膜结构的传感器进行仿真，包括如下步骤：
步骤一、校准介质薄膜的高温蠕变关键参数，包括材料常数C1、蠕变应力指数C2、表观激活能与理想气体常数之商C3，具体校准方法为：
1.1、在有限元软件中，建立与实际衬底-介质薄膜样品的尺寸完全一致的衬底-介质薄膜双层有限元模型，选择隐式蠕变模块下的相应本构方程，导入C1、C2、C3的初始值；
1.2、利用有限元软件进行温度场分析求解；
1.3、将步骤1.2求解获得的数据导入有限元软件的瞬态结构分析模块，利用有限元软件进行瞬态结构场的求解；
1.4、提取仿真结束后介质薄膜的等效应力，取最大值得到最大残余应力σsimulation；
1.5、进行应力测试得到热处理后最大残余应力增量σtest；
1.6、计算误差选取误差参考范围值δ01和δ02并与误差δ比较，其中δ02>δ01：
当δ>δ02时，调整关键参数C2和C3，若σsimulation>σtest，减小C2增大C3，若σsimulation<σtest，增大C2减小C3，返回步骤1.3对瞬态结构场进行重新求解；
当δ01<δ<δ02时，调整关键参数C1，若σsimulation>σtest，减小C1，若σsimulation<σtest，增大C1，返回步骤1.3对瞬态结构场进行重新求解；
调整关键参数C1、C2和C3直到满足δ≤δ01；
步骤二、建立传感器芯片级有限元模型并进行相应的前处理及瞬态热分析，完成对传感器芯片级有限元模型的时变温度场求解；
步骤三、将步骤二获得的温度场结果线性压缩并传递至有限元软件中的瞬态结构分析模块进行结构分析；
步骤四、采用自动时间步迭代方式，对结构分析的每一时间步、最小子步步长进行设置，并对每一步的蠕变参数进行设置，设置为仅在高温保温阶段打开蠕变效应；
步骤五、施加位移约束并设置输出选项控制，进行瞬态结构场的求解，实现传感器热场、弹性场和蠕变场的三场耦合仿真分析；
步骤六、提取恢复达到室温后仿真结束时刻关键结构的等效冯米斯应力、方向形变数据以及整个仿真过程中随时间变化的弹性应变、等效蠕变应变数据并进行处理，得到高温蠕变影响下的应力累积量、应变累积量和形变累积量，完成仿真。
2.根据权利要求1所述的传感器长时间高温蠕变加速仿真方法，其特征在于，所述步骤三中进行线性压缩和传递的具体方法为：
3.1、将热分析时间与结构分析时间进行线性对应形成温度场-结构场的时间对应关系表格，包括升温和降温过程，且高温保温阶段采用一致的等距压缩对应关系；
3.2、将步骤3.1获得的温度场-结构场的时间对应关系表格导入瞬态结构分析模块下载荷传递分支的载入载荷数据视图中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，杜科，蒋勇刚，刘成艺，荣丽梅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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