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科普|MEMS半导体气体传感器常见失效分析
       在人工智能、大数据以及物联网的进一步发展之下,数据的收集显得尤为重要,而与收集数据息息相关的传感器市场将更加广阔。尤其是物联网的发展,传感器产品需求大幅增加,重心也逐渐转向技术含量较高的MEMS传感器领域。
       MEMS的全称是微型电子机械系统,利用传统的半导体工艺和材料,集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。具有小体积、低成本、集成化等特点。
在众多MEMS传感器中,MEMS气体传感器无疑是这个领域冉冉升起的新星。除了智能手机,MEMS气体传感器将会在可穿戴等消费电子,安全驾驶、智能工厂、智慧仓储、 智能家居、环境监测、智能消防、智慧医疗等物联网领域广泛应用。

MEMS气体传感器在实际应用中有诸多注意事项,今天我们谈下MEMS半导体气体传感器在使用过程中常见的失效情况:

1、暴露于可挥发性硅化合物蒸气中                    
传感器要避免暴露于硅粘接剂、发胶、硅橡胶、腻子或其它存在可挥发性硅化合物的场所。如果传感器的表面吸附了硅化合物蒸气,传感器的敏感材料会被硅化合物分解形成的二氧化硅包裹,抑制传感器的敏感性,并且不可恢复。  
2、 高腐蚀性的环境 
传感器暴露在高浓度的腐蚀性气体(如 H2S,SOX,Cl2,HCl 等)中,不仅会引起加热材料及传感器引线的腐蚀或破坏,并会引起敏感材料性能发生不可逆的劣变。 
3、 碱、碱金属盐、卤素的污染   
传感器被碱金属尤其是盐水喷雾污染后,或暴露在卤素如氟利昂中,也会引起性能劣变。  
4、 接触到水  
溅上水或浸到水中会造成传感器敏感特性下降。                 
5、 结冰      
水在传感器敏感材料表面结冰会导致敏感层碎裂而丧失敏感特性。          
6、 施加电压过高  
如果给传感器或加热器施加的电压高于规定值,即使传感器没有受到物理损坏或破坏,也会造成引线和/或加热器损坏,并引起传感器敏感特性下降。  
7、 电压加错管脚 
如果给传感器或加热和信号管脚电压加错,也会造成引线和/或加热器损坏,并引起传感器敏感特性下降。
8、 凝结水  
在室内使用条件下,轻微凝结水对传感器性能会产生轻微影响。但是,如果水凝结在敏感层表面并保持一段时间,传感器特性则会下降。  
9、 处于高浓度气体中   
无论传感器是否通电,在高浓度气体中长期放置,均会影响传感器特性。如用打火机气直接喷向传感器,会对传感器造成极大损害。                                                            
10、 长期贮存  
传感器在不通电情况下长时间贮存,其电阻会产生可逆性漂移,这种漂移与贮存环境有关。传感器应贮存在不含可挥发性硅化合物的密封袋中。经长期贮存的传感器,在使用前需要更长时间通电以使其达到稳定。贮存时间及对应的老化时间建议如下(放置时间小于3天的芯片不需要老化): 
贮存时间 建议老化时间
1 个月以下 不低于 6 小时
1-6 个月 不低于 12 小时
6 个月以上 不低于 24 小时

11、 长期暴露在极端环境中  
无论传感器是否通电,长时间暴露在极端条件下,如高湿、高温或高污染等极端条件,传感器性能将受到严重影响。  
12、 振动  
频繁、过度振动会导致传感器内部引线产生共振而断裂。在运输途中及组装线上使用气动改锥/超声波焊接机会产生此类振动。  
13、冲击  
如果传感器受到强烈冲击或跌落会导致其引线断裂。  
14、焊接温度
焊接温度过高(超过250℃),引起传感器气敏材料变化;传感器气敏特性会降低或者改变。
17、助焊剂
使用含氯最少的松香助焊剂,如果助焊剂含氯较高,会引起传感器材料活性降低。

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