靜電換能器可靠性試驗方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及一種靜電換能器可靠性試驗方法和系統，對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓；根據預設的沖擊量級對靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊。在機械沖擊過程中監測分壓電阻兩端的電壓；調節偏置電壓的幅值，并在分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，測量得到當前沖擊量級下靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出。實現在一定的機械沖擊條件下，獲得會導致可動平板下拉而產生誤觸發的最小偏置電壓，支撐靜電換能器的抗沖擊設計以及對機械沖擊和靜電力耦合所引起的誤接觸動作的預測和預防等，提高了靜電換能器的穩定性和可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及儀器測試
，特別是涉及一種靜電換能器可靠性試驗方法和系統。
技術介紹
靜電換能器由兩個可以存儲相反電荷的導體所構成的電容器，在功能上包括傳感器與執行器，常見的靜電MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微機電系統)器件包括RF(RadioFrequency，射頻)MEMS開關、MEMS慣性器件、MEMS壓力傳感器等。以靜電力為驅動的平行板電容器結構，通常是一個平行板固定(固定平板)，另一個平板由機械彈簧懸支(可動平板)，當兩個平行板上時加電壓時就會產生靜電力，靜電力使兩平板之間的間隙減少，從而引起位移和機械回復力，在靜態平衡下，機械回復力與靜電力大小相等，方向相反。其中，機械回復力隨著極板位置線性變化，而靜電力則隨著極板位置非線性變化。在實際應用環境中，機械沖擊不可避免。在機械沖擊作用下，可動平板將會發生位移，此時就算施加在平板間的電壓沒有發生變化，但由于兩平板之間的間隙發生改變，將會導致靜電力也發生改變這可能會導致開關出現誤動作本來不應該發生接觸的偏置電壓條件下，由于外界機械沖擊的作用，導致開關出現意外的閉合接觸動作，嚴重影響了產品使用的穩定性和可靠性。
技術實現思路
基于此，有必要針對上述問題，提供一種可提高靜電換能器穩定性和可靠性的靜電換能器可靠性試驗方法和系統。一種靜電換能器可靠性試驗方法，包括以下步驟：對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對所述靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓，所述偏置電壓小于所述靜電換能器的下拉電壓；根據預設的沖擊量級對所述靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊；在機械沖擊過程中監測所述分壓電阻兩端的電壓；調節所述偏置電壓的幅值，并在所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，測量得到當前沖擊量級下所述靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出。一種靜電換能器可靠性試驗系統，包括：電壓施加模塊，用于對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對所述靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓，所述偏置電壓小于所述靜電換能器的下拉電壓；機械沖擊模塊，用于根據預設的沖擊量級對所述靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊；電壓監測模塊，用于在機械沖擊過程中監測所述分壓電阻兩端的電壓；偏置計算模塊，用于調節所述偏置電壓的幅值，并在所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，測量得到當前沖擊量級下所述靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出。上述靜電換能器可靠性試驗方法和系統，對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓；根據預設的沖擊量級對靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊。在機械沖擊過程中監測分壓電阻兩端的電壓；調節偏置電壓的幅值，并在分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，測量得到當前沖擊量級下靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出。實現在一定的機械沖擊條件下，獲得會導致可動平板下拉而產生誤觸發的最小偏置電壓，支撐靜電換能器的抗沖擊設計以及對機械沖擊和靜電力耦合所引起的誤接觸動作的預測和預防等，提高了靜電換能器的穩定性和可靠性。附圖說明圖1為一實施例中靜電換能器可靠性試驗方法的流程圖；圖2為機械沖擊和靜電力耦合作用下輸入電極和輸出發生接觸的事件監測的原理結構圖；圖3為另一實施例中靜電換能器可靠性試驗方法的流程圖；圖4為一實施例中保持電壓和下拉電壓的測試原理圖；圖5為一實施例中靜電換能器可靠性試驗系統的結構圖；圖6為另一實施例中靜電換能器可靠性試驗系統的結構圖。具體實施方式一種靜電換能器可靠性試驗方法，適用于機械沖擊與靜電力耦合對靜電換能器可靠性影響的分析。由于靜電力本身的大小是位移的函數，當施加在平行板電容器結構的兩個平行板上的電壓增加時，靜電力隨著電荷的增加而增大。同時，力的增大使間隙高度減小，而間隙高度的減小又依次使電容、電荷和電場增大。在靜電力作用下，當可動平板運動到兩平板間隙的三分之二處時，隨著兩平板間電壓的增加，靜電力的增加遠遠大于回復力的增加，其結果是可動平板產生下塌從而與固定平板接觸。定義使可動平板運動到兩平板間隙的三分之二處的電壓為下拉電壓Vpi，則由以上分析可以看出，當兩平板之間的偏置電壓為V>Vpi時，可動平板產生下塌而與固定平板接觸，當兩平板之間的偏置電壓為V<Vpi時，則兩平板不會發生接觸。基于該特性，可以構建多種靜電MEMS器件，如RFMEMS開關，以兩平板之間的偏置電壓作為控制信號：當V>Vpi時，開關電極接觸，實現開關“開”的功能，當V<Vpi時，開關電極保持開路，實現“關”的功能。RFMEMS開關為三端結構，包括輸入電極(對應于可動平板)、輸出電極和偏置電極(對應于固定平板)，根據RFMEMS開關的工作原理，在輸入電極和偏置電極之間施加一直流偏置電壓V>Vpi的話，則輸入電極就會被下拉到與輸出電極接觸，形成射頻信號的傳輸路徑，當輸入電極和偏置電極之間的偏置電壓V小于保持電壓Vpo(V<Vpo)的話，則輸入電極斷開與輸出電極的接觸，形成開路。對于RFMEMS開關，當一個射頻電壓V施加在兩個平行金屬板之間,平行板的重疊區域為A，間距為g，可定義射頻電壓V：V(t)＝V0cos(2πft)其中V0是振幅，f為頻率和t是時間。該電壓產生一個靜電力FRF。不考慮電容失配，即沒有反射，則該靜電力為:FRF=-12ϵ0A(V02)2g2(1+cos(4πft))]]>其中ε0是自由空間的介電常數。該力的低頻部分對應于板之間所承受的力,該力等效的直流電壓等于:Veq=V02=VRFrms]]>因此，施加在平板之間的射頻電壓，都有一個等效電壓Veq使平行板之間產生靜電力，在沖擊環境中，沖擊與等效的直流電壓的耦合可能會導致可動平板下拉而產生誤動作，即使等效的直流電壓低于該開關正常條件下的下拉電壓Vpi。為便于理解，全文均以RFMEMS開關為例對靜電換能器可靠性試驗方法進行解釋說明，如圖1所示，上述方法包括以下步驟：步驟S140：對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓。偏置電壓小于靜電換能器的下拉電壓。具體可先通過合適的夾具將RFMEMS開關固本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對所述靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓，所述偏置電壓小于所述靜電換能器的下拉電壓；根據預設的沖擊量級對所述靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊；在機械沖擊過程中監測所述分壓電阻兩端的電壓；調節所述偏置電壓的幅值，并在所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，測量得到當前沖擊量級下所述靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出。

【技術特征摘要】
1.一種靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：
對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻
對所述靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓，所述偏置電壓小于所
述靜電換能器的下拉電壓；
根據預設的沖擊量級對所述靜電換能器施加沖擊載荷，進行機械沖擊；
在機械沖擊過程中監測所述分壓電阻兩端的電壓；
調節所述偏置電壓的幅值，并在所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾
值時，測量得到當前沖擊量級下所述靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并
輸出。
2.根據權利要求1所述的靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，所述
調節所述偏置電壓的幅值，并在所述分壓電阻兩端的電壓超過預設電壓閾值時，
測量得到當前沖擊量級下所述靜電換能器產生誤觸發的最小偏置電壓并輸出的
步驟，包括以下步驟：
檢測機械沖擊過程中是否出現所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾
值；
若是，則以預設幅度減小所述偏置電壓的幅值并繼續機械沖擊，將檢測到
所述分壓電阻兩端的電壓大于所述預設電壓閾值時所述偏置電壓的幅值作為所
述最小偏置電壓并輸出；
若否，則以設定幅度增大所述偏置電壓的幅值并繼續機械沖擊，將檢測到
所述分壓電阻兩端的電壓大于所述預設電壓閾值時所述偏置電壓的幅值作為所
述最小偏置電壓并輸出。
3.根據權利要求2所述的靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，所述
檢測機械沖擊過程中是否出現所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值的步
驟之前，還包括以下步驟：
檢測所述機械沖擊前后所述靜電換能器的保持電壓和下拉電壓的變化量是
否大于預設閾值；
若是，則更換靜電換能器，并返回所述對靜電換能器的輸入電極和偏置電
極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對所述靜電換能器的輸入電極和輸出電

\t極施加直流電壓的步驟；
若否，則進行所述檢測機械沖擊過程中是否出現所述分壓電阻兩端的電壓
大于預設電壓閾值的步驟。
4.根據權利要求1所述的靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，所述
在機械沖擊過程中監測所述分壓電阻兩端的電壓的步驟之后，還包括以下步驟：
調節所述沖擊量級，并在所述分壓電阻兩端的電壓大于預設電壓閾值時，
測量得到當前偏置電壓下所述靜電換能器產生誤觸發的最小機械沖擊并輸出。
5.根據權利要求1所述的靜電換能器可靠性試驗方法，其特征在于，所述
對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置電壓，并經預設的分壓電阻對所
述靜電換能器的輸入電極和輸出電極施加直流電壓的步驟之前，還包括以下步
驟：
對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加往返的線性掃描電壓，并對所述
靜電換能器的輸入電極與輸出電極之間的電阻值進行監控；
當所述電阻值由無窮大變為有限值時，獲取對應電壓的幅值作為所述靜電
換能器的下拉電壓；
當所述電阻值由有限值變為無窮大時，獲取對應電壓的幅值作為所述靜電
換能器的保持電壓。
6.一種靜電換能器可靠性試驗系統，其特征在于，包括：
電壓施加模塊，用于對靜電換能器的輸入電極和偏置電極施加偏置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃欽文，肖慶中，何春華，朱軍華，王蘊輝，
申請(專利權)人：工業和信息化部電子第五研究所，
類型：發明
國別省市：廣東;44