无需校准的分段加速退化测试平台：无需片上传感器即可评估二维微镜的长期可靠性

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Calibration-Free, Split Accelerated Degradation Testing Platform Revealing the Long-Term Reliability of 2-D Micromirrors Without On-Chip Sensors

MEMS微镜在高温高湿等复杂环境下因多失效机制导致可靠性问题，传统电-机械耦合方法存在温度灵敏度漂移需手动校准的缺陷。本研究提出无需校准的温度鲁棒型双加速退化测试平台（S-ADTP），通过消除视场检测误差显著提升测试精度。实验表明不同环境应力引发差异失效模式：高温主导裂纹扩展失效，温湿度耦合主导永磁体去磁失效。该平台为多失效机制分析提供了新方法。

　　

摘要：

在不同恶劣环境中，由特定应力引发的复杂多故障机制已成为微机电系统（MEMS）可靠性研究中的关键问题，但同时也带来了挑战。为了解决这一问题，加速退化测试（ADT）被广泛用作一种有效策略，能够在短时间内获得MEMS器件的长期可靠性数据。因此，在恶劣环境中精确且稳健地监测性能退化是ADT的基础。然而，现有的机电耦合方法，尤其是片上压阻式传感器，存在灵敏度变化的问题，并且需要在不同温度下进行手动校准，这不仅增加了成本，还限制了测量的准确性。在这里，我们提出了一种无需校准、具有温度鲁棒性的分体加速退化测试平台（S-ADTP），该平台能够准确评估2D MEMS微镜的长期可靠性，而不会出现任何热诱导的灵敏度变化。S-ADTP消除了由于灵敏度变化导致的视野（FOV）检测误差，从而比机电耦合方法具有更高的准确性和更好的温度鲁棒性。随后进行了单应力及多应力条件下的ADT实验。实验结果揭示了不同环境条件下的不同故障机制：在高温环境中，裂纹扩展是主要的失效模式；而在温湿度耦合环境中，永磁体的退磁现象则成为主导因素。这项工作提供了一种无需校准、具有温度鲁棒性的方法，能够在ADT过程中避免热诱导的灵敏度变化，并能够区分由特定环境应力引发的复杂多故障机制。[2025-0062]

引言

激光雷达[1]、[2]、[3]、虚拟/增强现实[4]、[5]、平视显示器[6]、[7]以及机器人视觉[8]、[9]的发展，激发了人们对使用MEMS微镜[10]、[11]实现的低功耗、高性能和紧凑型光学系统的极大兴趣。不幸的是，随着应用范围的不断扩大，MEMS微镜大多需要在高温高湿度的恶劣环境中长期使用[12]。因此，微镜的共振频率和扭转角度会逐渐退化[13]、[14]，这严重影响了设备的性能，包括扫描精度和视野（FOV）。此外，微镜在运行过程中通常会受到多种应力的影响，包括工作应力（电流、电压、机械载荷等）和环境应力（温度、湿度、振动、冲击等）[15]。不同的应力会引发不同的故障机制[16]。因此，近年来，MEMS微镜在各种恶劣环境下的长期可靠性和多故障模式引起了广泛关注[17]、[18]、[19]。