静电换能器可靠性试验方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种静电换能器可靠性试验方法和系统，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压；调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器测试
，特别是涉及一种静电换能器可靠性试验方法和系统。
技术介绍
静电换能器由两个可以存储相反电荷的导体所构成的电容器，在功能上包括传感器与执行器，常见的静电MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统)器件包括RF(RadioFrequency，射频)MEMS开关、MEMS惯性器件、MEMS压力传感器等。以静电力为驱动的平行板电容器结构，通常是一个平行板固定(固定平板)，另一个平板由机械弹簧悬支(可动平板)，当两个平行板上时加电压时就会产生静电力，静电力使两平板之间的间隙减少，从而引起位移和机械回复力，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等，方向相反。其中，机械回复力随着极板位置线性变化，而静电力则随着极板位置非线性变化。在实际应用环境中，机械冲击不可避免。在机械冲击作用下，可动平板将会发生位移，此时就算施加在平板间的电压没有发生变化，但由于两平板之间的间隙发生改变，将会导致静电力也发生改变这可能会导致开关出现误动作本来不应该发生接触的偏置电压条件下，由于外界机械冲击的作用，导致开关出现意外的闭合接触动作，严重影响了产品使用的稳定性和可靠性。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高静电换能器稳定性和可靠性的静电换能器可靠性试验方法和系统。一种静电换能器可靠性试验方法，包括以下步骤：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。一种静电换能器可靠性试验系统，包括：电压施加模块，用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；机械冲击模块，用于根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；电压监测模块，用于在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；偏置计算模块，用于调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。上述静电换能器可靠性试验方法和系统，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压；调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。附图说明图1为一实施例中静电换能器可靠性试验方法的流程图；图2为机械冲击和静电力耦合作用下输入电极和输出发生接触的事件监测的原理结构图；图3为另一实施例中静电换能器可靠性试验方法的流程图；图4为一实施例中保持电压和下拉电压的测试原理图；图5为一实施例中静电换能器可靠性试验系统的结构图；图6为另一实施例中静电换能器可靠性试验系统的结构图。具体实施方式一种静电换能器可靠性试验方法，适用于机械冲击与静电力耦合对静电换能器可靠性影响的分析。由于静电力本身的大小是位移的函数，当施加在平行板电容器结构的两个平行板上的电压增加时，静电力随着电荷的增加而增大。同时，力的增大使间隙高度减小，而间隙高度的减小又依次使电容、电荷和电场增大。在静电力作用下，当可动平板运动到两平板间隙的三分之二处时，随着两平板间电压的增加，静电力的增加远远大于回复力的增加，其结果是可动平板产生下塌从而与固定平板接触。定义使可动平板运动到两平板间隙的三分之二处的电压为下拉电压Vpi，则由以上分析可以看出，当两平板之间的偏置电压为V>Vpi时，可动平板产生下塌而与固定平板接触，当两平板之间的偏置电压为V<Vpi时，则两平板不会发生接触。基于该特性，可以构建多种静电MEMS器件，如RFMEMS开关，以两平板之间的偏置电压作为控制信号：当V>Vpi时，开关电极接触，实现开关“开”的功能，当V<Vpi时，开关电极保持开路，实现“关”的功能。RFMEMS开关为三端结构，包括输入电极(对应于可动平板)、输出电极和偏置电极(对应于固定平板)，根据RFMEMS开关的工作原理，在输入电极和偏置电极之间施加一直流偏置电压V>Vpi的话，则输入电极就会被下拉到与输出电极接触，形成射频信号的传输路径，当输入电极和偏置电极之间的偏置电压V小于保持电压Vpo(V<Vpo)的话，则输入电极断开与输出电极的接触，形成开路。对于RFMEMS开关，当一个射频电压V施加在两个平行金属板之间,平行板的重叠区域为A，间距为g，可定义射频电压V：V(t)＝V0cos(2πft)其中V0是振幅，f为频率和t是时间。该电压产生一个静电力FRF。不考虑电容失配，即没有反射，则该静电力为:FRF=-12ϵ0A(V02)2g2(1+cos(4πft))]]>其中ε0是自由空间的介电常数。该力的低频部分对应于板之间所承受的力,该力等效的直流电压等于:Veq=V02=VRFrms]]>因此，施加在平板之间的射频电压，都有一个等效电压Veq使平行板之间产生静电力，在冲击环境中，冲击与等效的直流电压的耦合可能会导致可动平板下拉而产生误动作，即使等效的直流电压低于该开关正常条件下的下拉电压Vpi。为便于理解，全文均以RFMEMS开关为例对静电换能器可靠性试验方法进行解释说明，如图1所示，上述方法包括以下步骤：步骤S140：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压。偏置电压小于静电换能器的下拉电压。具体可先通过合适的夹具将RFMEMS开关固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

【技术特征摘要】
1.一种静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻
对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所
述静电换能器的下拉电压；
根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；
在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；
调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈
值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并
输出。
2.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述
调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压超过预设电压阈值时，
测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出的
步骤，包括以下步骤：
检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈
值；
若是，则以预设幅度减小所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到
所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所
述最小偏置电压并输出；
若否，则以设定幅度增大所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到
所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所
述最小偏置电压并输出。
3.根据权利要求2所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述
检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值的步
骤之前，还包括以下步骤：
检测所述机械冲击前后所述静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是
否大于预设阈值；
若是，则更换静电换能器，并返回所述对静电换能器的输入电极和偏置电
极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电

\t极施加直流电压的步骤；
若否，则进行所述检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压
大于预设电压阈值的步骤。
4.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述
在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压的步骤之后，还包括以下步骤：
调节所述冲击量级，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，
测量得到当前偏置电压下所述静电换能器产生误触发的最小机械冲击并输出。
5.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述
对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所
述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压的步骤之前，还包括以下步
骤：
对静电换能器的输入电极和偏置电极施加往返的线性扫描电压，并对所述
静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值进行监控；
当所述电阻值由无穷大变为有限值时，获取对应电压的幅值作为所述静电
换能器的下拉电压；
当所述电阻值由有限值变为无穷大时，获取对应电压的幅值作为所述静电
换能器的保持电压。
6.一种静电换能器可靠性试验系统，其特征在于，包括：
电压施加模块，用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钦文，肖庆中，何春华，朱军华，王蕴辉，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44