MEMS的测试技术.ppt
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1、微机电系统(MEMS)的测试,匡登峰 2001年11月,主要内容,测试在MEMS中的地位和作用 MEMS所用材料的特性测定 微摩擦和磨损的检测 应变与应力测量 微机械运动速度检测 MEMS的测试方法的特点,测试在MEMS中的地位和作用,现在MEMS着重于进行商品化,提高产品的可靠性,降低成本和售价 测试可占到MEMS成本的1/3,如果封装之后才发现指标不合格,损失就很巨大 MEMS从设计到封装全过程的各个环节都要贯彻测试的要求,概念设计生产封装终测市场的过程中,存在着大量的测试项目,测试在MEMS中的地位和作用(续),在概念和设计中要考虑设计的可靠性 在设计和生产中要测量掩膜特性、材料特性和批
2、量产品的一致性 在封装前后要进行机电特性测量、加强性试验和失效分析 在进入市场后要跟踪产品用户的反馈意见,测量产品的长期可靠性 测试为MEMS的计算机辅助设计(CAD)和模拟提供了最直接的实验数据,测试在MEMS中的地位和作用(续),MEMS在封装测试之后才能组装在其工作的系统中,实现与宏观环境的连接,从而MEMS的特性才真正发挥出作用。 因此,测试技术除了控制整个系统的经济性外,还决定整个系统的坚固性、可靠性和维护性相关的因素。,MEMS所用材料的特性测定,微型材料力学性质测量 膜片弓曲测量 超声法和超声显微镜法 振动法间接测量动态弹性模量 光热辐射法和光声法 电子散斑干涉术(ESPI) 材
3、料疲劳特性测量,微型材料力学性质测量,日本机研所中野禅等人开发了微型三点弯曲实验机,成功地测试了跨度400,直径数10的线材弯曲刚度和弹性模量。 美国加州大学Huang等人发展了一种新型的单晶硅微尺度拉伸试验,用来研究尺度对材料力学性质的影响。,膜片弓曲测量,用抽真空的方法为膜片加载,使其弓曲 用压力计读出压力,显微镜测得变形 绘出力与变形曲线,从曲线中求出膜片材料的弹性模量E 用光测法测出弓底曲率变化,可以推算出内应力 本方法设备简单,但误差较大,属于间接测量,超声法和超声显微镜法,利用物质对超声波响应不同,可以检测材料的内部情况 丹羽登通过测定声速衰减,测定了材料密度和材料的粘弹性 佐藤等
4、人通过超声法同时测定材料的厚度变化和声速 山中一司等人利用超声显微镜扫描方法测量材料的弹性波,振动法间接测量动态弹性模量,K. E. Peterson用静电加载使悬臂梁产生强迫振动,用光测法检测位移响应信号,然后求出材料的弹性模量 张忠等利用动态激光散斑相干法测量振动,获得高温超导材料的 小梁的前五阶频率,推算出这种材料的动态弹性模量 L. M. Zhang 等人也利用类似的振动测试方法,通过测试固有频率,测得材料的弹性模量,光热辐射法和光声法,南京大学张淑仪等人利用选择不同相位的热波信号的方法,对不透明材料的亚表面结构进行分层成像,纵向分辨力可优于1 H. Nabeta等人测量了几百微米厚压
5、接铜板中1-100的剥离 Y Nagata等人利用变波长激光,根据积层结构对光吸收的色选择性,从弯曲振动的位相信息中判断积层顺序,电子散斑干涉术(ESPI),Devil T Read 提出利用电子散斑干涉术(ESPI),可以非常精确地测量出材料的弹性模量,材料疲劳特性测量,S C Bromley等人对161个特殊设计的微多晶硅器件进行了加载失效测量,并计算了相应的名义疲劳。 Taeko Ando等人利用片上测试装置方法在准静态单轴张力加载情况下,测试了单晶硅MEMS器件的张力疲劳。,微摩擦和磨损的检测,直接测量微机械瞬时运动 微摩擦测定装置 薄膜微摩擦、磨损实验 利用隧道效应显微镜研究微摩擦
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