随着第三代宽禁带半导体SiC材料和微型传感器技术的发展,SiC电容式压力传感器的应用领域越来越广泛,涉及的环境应力也越发复杂和恶劣。目前,国内外的研究聚焦于SiC电容式压力传感器的成品工艺实现、关键结构试样制备、仿真几何模型构建、输出特性优化、单一静态环境应力、静态综合应力及频域综合应力仿真等方面。对SiC电容式压力传感器在长时间高温环境应力、大量级压力疲劳环境应力及时域综合环境应力的影响研究较少,尤其是对长时间高温环境应力的研究中缺乏对高温蠕变现象的探讨,且压力环境分析中对疲劳特性的研究较为匮乏,此外,各环境应力单独及耦合作用下传感器的潜在失效机理不够明确。因此,针对以上问题,本文基于ANSYS有限元平台,从温度、压力和综合环境应力三个方面进行SiC电容式压力传感器的有限元仿真,结合传感器相关制样的测试数据及表征分析,研究在温度、压力等环境应力作用下SiC电容式压力传感器的可靠性及失效机理。首先,针对高温环境,进行SiC电容式压力传感器长时间热环境下的瞬态热-结构耦合仿真,形成了温度场、弹性力场和高温蠕变力场耦合的仿真流程。通过加密网格、优化热载荷等方式,得到收敛的温度场;根据试验结果对高温蠕变参数进行校准优化,在结构场中导入SiOO2薄膜的高温蠕变本构模型及参数,采用载荷传递方法将求解得到的温度场以等距压缩的方法导入结构场中进行残余应力分析;计算得到传感器封装结构在高温恒温1小时、高低温冲20次环境作用结束后SiOO2层最大残余应力分别为174.80MPa、115.83MPa,残余应变累积量分别为0.00725μm/μm、0.00538μm/μm,电容漂移量分别为0.0432%、0.0274%。通过温度环境应力仿真分析,可获得长时间及快速变化的高温环境后残余应力应变随时间空间的累积情况,尤其是关键结构SiOO2层的应力分布情况;结合芯片结构样品的应力应变测试及SEM断面形貌表征分析结果,从机械与电学特性失效两方面出发,研究SiC电容式压力传感器在温度环境下的失效模式及机理。其次,采用ANSYS瞬态结构模块,分别进行了基于芯片和封装结构的压力疲劳仿真分析,研究快速变化的大量级压力循环载荷对SiC电容式压力传感器的作用机理。通过仿真得出不同压力循环过程中的结构响应,得到传感器应力应变形变随循环次数累积情况,芯片及封装结构疲劳后残余应力最大值分别为1607MPa、445.43MPa,应变最大值分别为0.0249μm/μm、0.00895μm/μm;通过提取形变计算电容,得出芯片及封装模型压力循环后的零点电容漂移量分别为0.8526%、0.2215%;此外,对应力-循环次数曲线进行线性外延,结合SiOO2薄膜的屈服强度,对临界失效压力循环次数进行预测,即芯片/封装模型压力疲劳的理论极限循环次数为14454/26258次。从机械和电学特性退化两方面分析了SiC电容式压力传感器在压力疲劳环境下的薄弱位置及潜在失效规律及机理。最后,基于ANSYS Multiphysics多物理场耦合模块,对SiC电容式压力传感器进行了时域综合环境应力仿真分析。在二应力方面,分别进行了温度-压力、温度-冲击的耦合仿真,在此基础上还进行了温度、压力与冲击的三应力耦合仿真,其中温度-结构场采用间接耦合方法,结构场里的压力、冲击载荷使用直接耦合方法。得到温度-压力、温度-冲击及三综合应力作用后SiOO2层残余应力极大值分别为174.97MPa、513.66MPa、552.05MPa,电容输出特性零点变化量分别为0.08149%、0.1132%、0.1323%。通过分析残余应力、电容零漂与不同环境应力、结构材料的关系,最终得到SiC电容式压力传感器在高温、压力、冲击等环境应力耦合作用后的薄弱材料和位置,给出了综合环境应力作用下传感器的环境适应性评估策略及潜在失效规律。