引信MEMS机构可靠性强化试验方法

MEMS机构具有体积小、批量生产、成本低等优点,非常适合引信的发展要求,但其可靠性问题限制了其应用且目前还没有标准化的可靠性试验方法。针对此现状,提出了将强化试验方法引入引信MEMS机构的可靠性研究。确定了可靠性强化试验的内容为温度循环、随机振动和冲击试验,分别参照GJB548B、GJB573A等国家军用标准设计了试验剖面。MEMS惯性开关试验结果表明:所设计的可靠性强化试验方法能够快速有效地激发惯性开关的潜在缺陷,暴露其薄弱环节,对下一步的改进工作具有指导意义。

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。

金属类MEMS器件可靠性试验技术研究

针对金属类MEMS机构可靠性水平较低且没有标准化的可靠性试验方法的现状，提出将强化试验方法引入金属类MEMS机构的可靠性研究中．确定强化试验的内容为温度循环、随机振动和冲击试验，并分别设计试验剖面．选取MEMS惯性开关作为典型器件开展试验研究，试验结果表明，所设计的可靠性试验能够有效激发MEMS机构的潜在缺陷，温度应力易引起MEMS器件层间产生疲劳效应，而振动和冲击应力则易引发器件结构性损坏；环境应力对MEMS机构具有疲劳累积效应，经历较多试验类型的样本较经历较少试验类型的样本更容易失效；惯性开关的主要失效模式是分层和变形，这2种失效模式在金属类MEMS机构中具有代表性．

非硅MEMS惯性开关弹道特性

针对国内缺乏对MEMS惯性开关弹道特性仿真研究这一问题,利用ANSYS软件对一种新型非硅MEMS惯性开关进行仿真研究,获得这种惯性开关弹道特性的仿真结果。结果验证了这种新型的非硅MEMS惯性开关具有高可靠性、更灵敏的碰目标响应,可进一步研究其实用价值。

基于动电极翻转的MEMS万向惯性开关

针对现有的MEMS惯性开关万向性能较差,无法满足引信在大着角情况下可靠作用要求的问题,提出了基于动电极翻转的MEMS万向惯性开关.该开关采用周向分布弹簧支撑可翻转一定角度的圆形动电极,开关盖板为固定电极.由于动电极质心高于弹簧质心,在引信大着角撞击目标时,惯性力的分量会产生翻转力矩,使得动电极能够翻转一定角度与固定电极接触,增大了惯性开关的响应角度.仿真和试验结果表明,采用该结构惯性开关的响应角度能够达到120°.为引信实现大着角情况下的可靠响应提供设计参考.

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明:开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。

多层UV-LIGA惯性开关温度可靠性评估研究

为了评估采用UV-LIGA技术制作的多层MEMS惯性开关的温度可靠性,进行了可靠性强化试验。介绍了开关的结构特征、工作原理和制作工艺。建立了试验系统,对开关进行温度循环和振动冲击试验。利用扫描电子显微镜观察开关失效模式,并利用公式进行热应力分析。试验结果表明,开关主要失效模式为位错和分层。开关热应力分析结果表明,种子层为开关薄弱位置。结合可靠性强化实验和热应力分析结果,从结构设计和制作工艺角度提出了可靠性强化方法。该研究为应用于极限温度环境下的多层UV-LIGA惯性器件的设计与制作提供了试验依据。