汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計研究

楊闖 張盼

摘要：隨著科技持續發展，汽車工業有了新的變化與發展需求，需要進一步提高傳感器可靠性，要優化利用MEMS技術，科學設計汽車傳感器可靠性，保證汽車高效運行的同時提升汽車電氣系統MEMS傳感器應用效益。

關鍵詞：汽車；電氣系統；MEMS；傳感器；可靠性；設計；研究

在汽車生產過程中，汽車傳感器設計是不可忽視的關鍵性環節，對汽車綜合性能提升起到決定性作用。MEMS技術優勢作用鮮明，要在多層次科學應用中設計汽車微型傳感器，最大化提高經濟性、節能性、可靠性，滿足汽車運行中對周圍環境的客觀要求，在發揮MEMS傳感器多方面作用中生產高質量汽車，實現汽車運行綜合效益。

一、汽車電氣系統MEMS傳感器

MEMS技術就是微機電系統技術，屬于多學科交叉的技術，和集成化、智能化緊密相連，MEMS技術是微型化與集成化的必要基礎。MEMS技術日漸應用到傳感器領域，比如，MEMS壓力傳感器。MEMS傳感器是借助微電子機械加工技術，在一塊芯片上設置微米級的信號處理器、敏感元件等，具有多樣化的優勢特征，成本低、高可靠性、使用壽命長等，在汽車傳感器方面的重要地位不斷呈現，微型化、智能化、功能化等已成為汽車傳感器發展的必然趨勢。微傳感器的科學化應用能夠提升汽車電氣系統性能，也能優化汽車底盤系統、引擎管理系統等功能，但這必須保證汽車微傳感器具有較高的可靠性。在此過程中，汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性日漸成為微系統技術工程以及研究的重中之重。這一可靠性問題涉及多個學科與領域，比如，機械學、微電子學、信息技術，需要從不同角度入手深入探究汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計。

二、汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計

1、汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計問題

汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計研究復雜化，需要以開發環節為基點，深入探究MEMS傳感器可靠性的具體化影響因素，優化傳感器可靠性設計方法。同時，MEMS系統工作原理并不簡單，和多個學科、領域聯系密切，而MEMS裝置大都有可動部件，在生產、使用中，MEMS極易出現隱患問題。MEMS失效機理研究有待深入，尤其是內在聯系、相互作用方面，急需要構建可行的失效模型，也包括合理化的評價MEMS傳感器可靠性因素的體系。在此基礎上，和集成電路相比，人們對汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性有著較高的要求，但MEMS傳感器制造、封裝兩大環節不確定性影響因素較多，對MEMS傳感器可靠性分析大都是定性分析方面，定量分析以及MEMS傳感器使用壽命模型研究都比較少。

2、汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計方法

2.1 以階段主導可靠性因素為基點的可靠性設計

在不同開發階段，汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性影響因素并不相同，在可靠性設計中，MEMS傳感器設計參數和應用其中的材料類型等相互影響。MEMS傳感器可靠性設計和MEMS傳感器設計、制造、使用等環節有機聯系，需要綜合把握多個環節具體情況以及階段主導可靠性因素，優化汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計。由于各階段都會影響MEMS傳感器可靠性設計，必須落實各方面評估、測試工作，合理分析各階段影響其可靠性的主導因素，包括研發設計中應用其中的材料性質以及可靠性設計參數。在此過程中，設計人員需要圍繞現代化設計原則，科學構建或者模擬以階段主導可靠性因素為基點的可靠性設計平臺，動態化、立體化綜合分析汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計中具體影響因素以及可靠性需要差異性，優化可靠性設計思路、方案，科學管控可靠性影響因素，高效設計汽車電氣系統MEMS傳感器。

2.2 構建系統化的失效模型和可靠性影響因素評價體系

在可靠性設計研究中，可以全方位客觀分析影響MEMS傳感器使用壽命的各類因素，以具體失效原因為基點，全面、客觀剖析汽車電氣系統MEMS傳感器失效機理以及具體化的可靠性影響因素，科學構建系統化的失效模型，也包括MEMS傳感器可靠性影響因素評價體系。在失效模型構建中，要利用微尺度進行測量，但微尺度作用下的表面效應、尺度效應等規律變化并不相同，需要綜合考慮該因素，深化失效模型構建。在系統化失效模型作用下，客觀分析汽車電氣系統MEMS傳感器失效現象，明確失效機理以及根本性原因，構建可行的失效模式，明確并綜合分析各階段影響MEMS傳感器可靠性因素，準確定位并深入剖析主導可靠性影響因素，包括各影響因素間的關系。隨后，要根據濕度沖擊、沖擊荷載等失效原因，深入探究一系列物理與化學因素對汽車電氣系統以及MEMS傳感器零部件的具體影響，巧用系統化的失效模型、可靠性影響因素評價體系，優化MEMS傳感器可靠性設計。相應地，下面是汽車電氣系統MEMS傳感器失效機理結構圖。

2.3 定量描述MEMS傳感器使用壽命分布模型

研究汽車電氣系統MEMS傳感器使用壽命是其可靠性設計的關鍵點，要科學構建定量描述MEMS傳感器使用壽命分布模型，進一步明確影響MEMS傳感器可靠性的因素以及使用壽命。在借助該模型分析使用壽命中，要借助影響使用壽命的具體因素，定量分析MEMS傳感器可靠性，從MEMS傳感器運行環境、運行要求等方面入手確定相關的參數，在定量描述的基礎上明確MEMS傳感器特性曲線以及使用壽命分布情況。隨后，采用模擬、實驗兩種方法，精準定位各參數對汽車電氣系統MEMS傳感器的影響量化，優化可靠性設計關鍵點，延長MEMS傳感器使用壽命。相應地，下面是定量描述汽車MEMS傳感器使用壽命分布結構圖。

三、結語

總而言之，在新形勢下，汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性設計已成為汽車工業領域研究的焦點，需要綜合分析影響因素以及存在的問題，通過可行的路徑優化設計思路、設計路徑，高效設計汽車電氣系統MEMS傳感器可靠性，最大化延長傳感器使用壽命，促使汽車處于安全、穩定運行中，呈現汽車工業發展新高度的同時推動社會經濟高速發展。

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