【導讀】本文展示了高精度 MEMS jiasudujidexingnengruhezaimeiyouchongfenkaolvhuanjinghejixieyingxiangdeqingkuangxiajiangdi。tongguozhengtishejishijianheduixitongjideguanzhu，yanguangminruidegongchengshikeyiweiqichuanganqixitongshixianzhuoyuedexingneng。youyuwomenzhongdexuduorenzaishenghuozhongdoujinglizheqiansuoweiyoudeyali

，yishidaozheyidianhenyouyong
，jiuxiangjiasudujiyiyang，shasiwomendeyongyuanbushiyali——而是我們對它的反應！

在本係列的第 1 部分中，我們回顧了 3 軸高精度 MEMS jiasudujideneibujiegou。zaidierbufenzhong，womenhuiguleruhehuoqulianghaodeqishishujujiyijianlijixianxingnengbingyanzhengzaihouxushujufenxizhongyuqidezaoshengshuipingleixing。zaiwomenxiliedeyiqizhong，womentantaoleyingxiangwendingxingdeqitayinsu
，ranhoutigongjixiexitongshejijianyi，yitigao 3 軸高精度 MEMS 加速度計的整體性能。

一(yi)旦(dan)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)熱(re)應(ying)力(li)，慣(guan)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)方(fang)麵(mian)就(jiu)是(shi)它(ta)們(men)的(de)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)或(huo)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)。重(zhong)複(fu)性(xing)定(ding)義(yi)為(wei)長(chang)時(shi)間(jian)內(nei)在(zai)相(xiang)同(tong)條(tiao)件(jian)下(xia)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)的(de)準(zhun)確(que)度(du)。例(li)如(ru)，在(zai)較(jiao)長(chang)時(shi)間(jian)內(nei)在(zai)相(xiang)同(tong)溫(wen)度(du)下(xia)以(yi)相(xiang)同(tong)方(fang)向(xiang)對(dui)重(zhong)力(li)場(chang)進(jin)行(xing)兩(liang)次(ci)測(ce)量(liang)，並(bing)查(zha)看(kan)它(ta)們(men)的(de)匹(pi)配(pei)程(cheng)度(du)。在(zai)無(wu)法(fa)進(jin)行(xing)定(ding)期(qi)維(wei)護(hu)校(xiao)準(zhun)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)評(ping)估(gu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)時(shi)，偏(pian)移(yi)和(he)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。許(xu)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)並(bing)未(wei)在(zai)其(qi)數(shu)據(ju)表(biao)中(zhong)描(miao)述(shu)或(huo)指(zhi)定(ding)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)。以(yi)ADI公司的ADXL355數據手冊為例，預測 10 年壽命的可重複性，包括由於高溫工作壽命測試 (HTOL)（TA = 150°C，VSUPPLY = 3.6 V 和 1000 小時）、測量的溫度循環（?55°C 至 + 125°C 和 1000 個周期）、速度隨機遊走、寬帶噪聲和溫度滯後。數據表中顯示的重複性為 ±2 m對於 X/Y 和 Z 傳感器，分別為g和 ±3 m g。這些測量對於評估長期性能很重要。

穩定的機械、環境和慣性條件下的可重複性遵循與測量時間相關的平方根定律。例如，要獲得 x 軸 2.5 年的偏移重複性（終產品的任務概況可能更短），請使用以下等式：±2 m g × √ （ 2.5 年/10 年）= ±1 m g . 圖 1 顯示了 23 天內 32 個器件的 0 g偏移漂移的 HTOL 測試結果示例。在此圖中可以清楚地觀察到平方根定律。還應強調的是，由於 MEMS 傳感器製造過程中的工藝差異
，每個部分的行為都不同——有些表現優於其他部分。

圖 1. ADXL355 的 500 小時長期穩定性。（：Analog Devices）

機械係統設計建議

根據前麵討論的知識，很明顯
，機械安裝接口和外殼設計將有助於 3 軸高精度 MEMS 加速度計傳感器的整體性能
，因為它們會影響傳播到傳感器的物理應力。通常，機械安裝、外殼和傳感器構成二階（或更高階）係統；因此，它的響應在共振或過阻尼之間變化。

機械支撐係統具有代表這些二階係統的模式（由共振頻率和品質因數定義）。zaidaduoshuqingkuangxia
，mubiaoshilejiezhexieyinsubingjiangtamenduichuanganxitongdeyingxiangjiangzhi。yinci，yingxuanzechuanganqijiangfengzhuangzaiqizhongderenhewaikedejihexingzhuangyijisuoyoujiekouhecailiao
，yibimianjiasudujiyingyongdaikuanneidejixieshuaijian（由於過阻尼）或放大（由於共振）。此類設計注意事項的詳細信息超出了本文的範圍

；但是，簡要列出了一些實用項目：

印刷電路板、安裝和外殼

將 PCB 牢固地連接到剛體基板上。在 PCB 背麵使用多個安裝螺釘和粘合劑可提供支撐。

將傳感器放置在安裝螺釘或緊固件附近。如果 PCB 幾何尺寸較大（幾英寸），請在板中間使用多個安裝螺釘，以避免 PCB 的低頻振動耦合到加速度計並進行測量。

如果 PCB 僅由凹槽/舌結構機械支撐，請使用更厚的 PCB（建議厚度大於 2 毫米）。對於具有較大幾何形狀的 PCB，增加厚度以保持係統的剛度。使用有限元分析，如 ANSYS 或類似軟件，為特定設計優化 PCB 幾何形狀和厚度。

對於需要長時間測量傳感器的結構健康監測等應用
，傳感器的長期穩定性至關重要。應選擇封裝、PCB 和粘合劑材料，以限度地減少機械性能隨時間的退化或變化
，這可能會導致傳感器上的額外應力，從而導致偏移。

避免對外殼的固有頻率做出假設。簡單外殼的自然振動模式計算和更複雜的外殼設計的有限元分析將很有用。

將加速度計焊接到電路板上產生的應力累積已被證明會導致高達幾毫克的偏移偏移。為減輕這種影響，建議 PCB 著陸圖案、散熱墊和通過 PCB 上shang銅tong走zou線xian的de傳chuan導dao路lu徑jing對dui稱cheng。嚴yan格ge按an照zhao加jia速su度du計ji數shu據ju表biao中zhong提ti供gong的de焊han接jie指zhi南nan進jin行xing操cao作zuo。還hai觀guan察cha到dao
，在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，在zai任ren何he校xiao準zhun之zhi前qian進jin行xing焊han料liao退tui火huo或huo熱re循xun環huan有you助zhu於yu緩huan解jie應ying力li累lei積ji和he管guan理li長chang期qi穩wen定ding性xing問wen題ti。

灌封料

灌封化合物廣泛用於將電子設備固定在外殼內。如果傳感器封裝是包覆成型塑料

，例如焊盤柵格陣列 (LGA)，則強烈建議不要使用灌封化合物
，因為它們的溫度係數 (TC) 與外殼材料不匹配，會導致壓力直接施加在傳感器上，然後偏移. 采用密封陶瓷封裝的 3 軸高精度 MEMS 加速度計可顯著保護傳感器免受 TC 效應的影響。但是，由於材料隨時間退化，灌封化合物仍然會導致 PCB 上的應力累積，從而可能通過矽芯片的小翹曲對傳感器造成應變。通常建議避免在需要高穩定性的應用中對傳感器進行灌封。8個

氣流
、傳熱和熱平衡

為實現傳感器性能


，重要的是在溫度穩定性得到優化的環境中設計、dingweiheshiyongchuanganxitong。zhengrubenwensuoshi，youyuchuanganqiguanxinshangdereyinglichayi
，jishishihenxiaodewendubianhuayehuixianshichuyixiangbudaodejieguo。yixiashiyixietishi：

傳感器應放置在 PCB 上，以使傳感器上的熱梯度。例如
，線性穩壓器會產生大量熱量；因此
，它們靠近傳感器會導致整個 MEMS 的溫度梯度可能隨調節器中的電流輸出隨時間而變化。

如果可能，傳感器模塊應部署在遠離氣流的區域（例如 HVAC），以yi避bi免mian溫wen度du頻pin繁fan波bo動dong。如ru果guo不bu可ke能neng，封feng裝zhuang外wai部bu或huo內nei部bu的de熱re隔ge離li是shi有you幫bang助zhu的de
，並bing且qie可ke以yi通tong過guo熱re絕jue緣yuan來lai實shi現xian。請qing注zhu意yi
，需xu要yao考kao慮lv傳chuan導dao和he對dui流liu熱re路lu徑jing。

建議選擇外殼的熱質量，以便在環境熱變化不可避免的應用中抑製環境熱波動。

結論

本文展示了高精度 MEMS jiasudujidexingnengruhezaimeiyouchongfenkaolvhuanjinghejixieyingxiangdeqingkuangxiajiangdi。tongguozhengtishejishijianheduixitongjideguanzhu，yanguangminruidegongchengshikeyiweiqichuanganqixitongshixianzhuoyuedexingneng。youyuwomenzhongdexuduorenzaishenghuozhongdoujinglizheqiansuoweiyoudeyali，yishidaozheyidianhenyouyong，jiuxiangjiasudujiyiyang，shasiwomendeyongyuanbushiyali——而是我們對它的反應！

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