國儀量子電鏡在 MEMS 加速度計懸臂梁應(yīng)力觀測的應(yīng)用報告

一、背景介紹

在現(xiàn)代傳感技術(shù)領(lǐng)域，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加速度計憑借其體積小、重量輕、功耗低以及高靈敏度等優(yōu)勢，在汽車安全系統(tǒng)、智能手機(jī)、航空航天等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在汽車的安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中，MEMS 加速度計能夠快速精準(zhǔn)地檢測車輛的加速度變化，及時觸發(fā)安全氣囊，保障駕乘人員安全；在智能手機(jī)里，它助力實現(xiàn)屏幕自動旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動追蹤等功能。

MEMS 加速度計的核心結(jié)構(gòu)之一是懸臂梁，其性能直接關(guān)乎加速度計的測量精度與可靠性。在工作過程中，懸臂梁會因外界加速度的作用而產(chǎn)生應(yīng)力。合適的應(yīng)力分布能夠確保懸臂梁準(zhǔn)確感知加速度信號，實現(xiàn)精確測量。然而，若應(yīng)力分布不均勻或應(yīng)力過大，可能導(dǎo)致懸臂梁變形、斷裂，進(jìn)而使加速度計輸出信號出現(xiàn)偏差，甚至完全失效。懸臂梁應(yīng)力受材料特性、制造工藝以及實際使用環(huán)境中的振動、沖擊等多種因素綜合影響。因此，精準(zhǔn)觀測 MEMS 加速度計懸臂梁應(yīng)力，對優(yōu)化加速度計設(shè)計、提高產(chǎn)品質(zhì)量、拓展其應(yīng)用范圍至關(guān)重要。

二、電鏡應(yīng)用能力

（一）微觀結(jié)構(gòu)成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn) MEMS 加速度計懸臂梁的微觀結(jié)構(gòu)。可精確觀察到懸臂梁表面是否存在微觀裂紋、缺陷以及加工痕跡等。通過對微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)致成像，為后續(xù)應(yīng)力觀測提供清晰的圖像基礎(chǔ)。例如，微小的裂紋可能成為應(yīng)力集中點(diǎn)，影響懸臂梁的力學(xué)性能，清晰的成像有助于及時發(fā)現(xiàn)此類隱患。

（二）應(yīng)力分析

借助 SEM3200 配套的電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)，能夠?qū)冶哿旱木w結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)而推斷其內(nèi)部應(yīng)力分布情況。不同的晶體取向?qū)?yīng)力的響應(yīng)不同，通過測量晶體取向的變化，可計算出應(yīng)力的大小和方向。同時，結(jié)合能譜儀（EDS），分析懸臂梁材料的成分分布，某些元素的偏析可能導(dǎo)致局部應(yīng)力異常。精確的應(yīng)力分析為評估懸臂梁的力學(xué)性能提供量化數(shù)據(jù)支持。

（三）應(yīng)力與性能關(guān)聯(lián)研究

SEM3200 獲取的懸臂梁微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度計的實際性能測試結(jié)果，能夠輔助研究應(yīng)力與加速度計性能之間的關(guān)聯(lián)。分析應(yīng)力分布對加速度計測量精度、線性度等性能指標(biāo)的影響規(guī)律。例如，發(fā)現(xiàn)特定區(qū)域的高應(yīng)力會導(dǎo)致加速度計輸出信號出現(xiàn)非線性偏差，為優(yōu)化懸臂梁設(shè)計和制造工藝提供依據(jù)，以實現(xiàn)更高性能的加速度計。

三、產(chǎn)品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是 MEMS 加速度計懸臂梁應(yīng)力觀測的理想設(shè)備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到懸臂梁微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)微特征和應(yīng)力相關(guān)變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經(jīng)驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成觀測任務(wù)。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，長時間連續(xù)工作仍能確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢，SEM3200 為 MEMS 加速度計制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)提供了有力的技術(shù)支撐，助力優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動 MEMS 傳感技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。