MEMS汽車壓力傳感器的長期穩定性測試與失效模式分析

2.The13th Research Instituteof China Electronics Technology Group Corporation，Shijiazhuang O5ooo0，China）

【Abstract】Aiming at the problemof insuffcient long-term stability of automotive pressure sensors，thisarticle proposes a suspended sealing structure design， adopts the aluminum alloy - ceramic composite packaging process， combined with the temperaturecompensationalgorithm.Through theconstruction of anacceleratedaging testplatform with temperatureandpressrecycles for testing，theresults showthat this designreduces the temperature drift from ± 1.8%FS to ±0.28%FS .The output attenuation after 5Oo hours of pressure cycling isless than 0.5% FS.Failure analysis showsthat interface delaminationisthe main problem，accountingfor 62% .Theshear strengthisincreasedby 37% after optimization with a O.5mm silica gel buffer layer.

【Key words】MEMS pressure sensor;long-term stability；ceramic packaging；temperature compensation algorithm; failure mode analysis

0 引言

在汽車電子控制系統中，壓力傳感器作為發動機管理、制動系統等核心模塊的感知單元，其長期穩定性直接影響行車安全與系統可靠性。現有微機電系統MEMS壓力傳感器在復雜工況下易出現輸出漂移現象，這主要源于溫度循環所導致的材料特性變化，以及機械疲勞引發的結構失效。這類性能退化問題不僅可能造成控制系統的誤判，還會顯著增加維護成本[2]。

針對上述問題，本研究創新性地提出一種懸浮密封結構設計。該設計通過優化應力分布，有效降低局部應力集中，并配合溫度補償算法，抑制環境干擾對傳感器性能的影響。該方案采用鋁合金-陶瓷復合封裝工藝，在確保機械強度的同時，極大地提升了熱匹配性。為全面驗證設計的有效性，本研究搭建了包含溫度循環 -40～125^°C ）與壓力循環（0＼～1000kPa 的加速老化試驗平臺，并結合完善的數據處理流程，實現對特征參數的定量分析。本研究結果有望為車載壓力傳感系統的精度保持與壽命預測提供堅實的技術參考。

1傳感器結構設計

本研究設計的懸浮密封結構微機電系統MEMS壓力傳感器，巧妙運用力學耦合原理，在實現傳感器密封的同時，避免了陶瓷芯體與殼體的剛性接觸，從而有效分散應力集中。其具體結構包括陶瓷芯體、連接器、殼體、0型圈，通過壓環過盈配合方案實現傳感器的懸浮密封，進而形成穩定的力學結構。壓力傳感器結構示意如圖1所示。

封裝工藝采用不銹鋼-陶瓷復合結構，外殼選用316L不銹鋼材料，該材料具有卓越的抗腐蝕性與機械強度。……