選擇固晶材料

飛思卡爾MEMS加速儀采用了活動和固定板。一旦感應單元的頻率達到了其限幅點，MEMS中板就會以機械方式碰撞制動裝置，防止碰到感應板的頂部和底部，從而避免引起靜摩擦和短路。標準處理會使MEMS器件出現位移，對頂板和底板的制動裝置產生不對稱的作用力，這會使高加速輸入信號出現輸出失真。在固晶共振頻率下，信號失真會Q倍增加。

利用球跌落測試檢測失真并驗證器件的能力。將一個金屬球掉落到一個懸掛的不銹鋼板上，當金屬球撞擊到鋼板上時將產生多種頻率。如果MEMS加速儀出現了任何失真，那么綜合速度不會回到0 kph。

圖字：board1-balldrop 45cm，400ms，potted：板1-球跌落高度為45厘米，時間為400毫秒，灌封；velocity（kph）：速度（kph）；die-attach A：固晶膠A；die-attach D：固晶膠D；Time（s）：時間（秒）

圖 6 對不同固晶膠執行球跌落測試時的速度

在上圖中，固晶膠D的測試結果是最理想的，沒有出現任何失真，而固晶膠A由于失真產生了-0.2 kph的誤差。根據球跌落測試，感應單元限幅點的頻率大約為20 kHz。任何大于這個值的封裝頻率將不會引起共振問題。對使用不同固晶膠的封裝進行了基于有限元的模型分析。由于在平面運動中，只有這兩個移動與感應單元的X和Y軸有關，因此只給出了固有頻率的第一和第二模態。表1列出了各種固晶材料的屬性，并針對給定固晶膠和產生的封裝共振頻率進行了分析。這些材料分屬兩種極端類別。硬固晶膠如固晶膠D滿足封裝共振條件，但是會引起芯片裂紋。軟固晶膠如固晶膠A不會引起芯片裂紋，但是封裝不符合共振要求。

表1材料特性和各種固晶的固有頻率

因此進行了一項研究，確定理想的固晶材料的屬性的范圍，以及對封裝共振頻率和芯片應力的影響。圖5給出了根據固晶模量計算的感應單元的固有頻率，以及感應單元基片承受的相應的最大張應力。

圖字：gcel natural frequency（kHz）：感應單元固有頻率（kHz）；1st mode：第一模態；2nd mode：第二模態；die max stress：芯片最大應力；Max tensile stress on die（Mpa）：芯片承受的最大張應力（Mpa）

圖5 根據固晶模量計算得出的感應單元基片的最大張應力和封裝共振頻率

研究發現，與修改熱膨脹系數［4］相比，芯片應力對固晶模量更加敏感。從圖5可以看出，模量接近10的固晶材料具有較低的芯片應力，并且滿足共振頻率要求。

經過一些研究后，我們發現固晶材料E滿足我們的性能要求。為了確保采用新固晶膠的芯片的共振性能足夠滿足要求，我們對材料模量隨溫度的變化進行了測量。同時進行了動態力學分析（DMA）。對測試樣本進行了處理，將材料放到一個扁平的預成型的腔中并進行固化處理。然后測試樣本隨溫度的變化。圖6顯示了材