MEMS的測試技術(shù)課件

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的測試2001年11月主要內(nèi)容測試在MEMS中的地位和作用MEMS所用材料的特性測定微摩擦和磨損的檢測應(yīng)變與應(yīng)力測量微機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度檢測MEMS的測試方法的特點(diǎn)測試在MEMS中的地位和作用現(xiàn)在MEMS著重于進(jìn)行商品化，提高產(chǎn)品的可靠性，降低成本和售價(jià)測試可占到MEMS成本的1/3，如果封裝之后才發(fā)現(xiàn)指標(biāo)不合格，損失就很巨大MEMS從設(shè)計(jì)到封裝全過程的各個(gè)環(huán)節(jié)都要貫徹測試的要求，概念—設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—封裝—終測—市場的過程中，存在著大量的測試項(xiàng)目測試在MEMS中的地位和作用（續(xù)）MEMS在封裝測試之后才能組裝在其工作的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)與宏觀環(huán)境的連接，從而MEMS的特性才真正發(fā)揮出作用。因此，測試技術(shù)除了控制整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性外，還決定整個(gè)系統(tǒng)的堅(jiān)固性、可靠性和維護(hù)性相關(guān)的因素。MEMS所用材料的特性測定微型材料力學(xué)性質(zhì)測量膜片弓曲測量超聲法和超聲顯微鏡法振動(dòng)法間接測量動(dòng)態(tài)彈性模量光熱輻射法和光聲法電子散斑干涉術(shù)（ESPI）材料疲勞特性測量微型材料力學(xué)性質(zhì)測量日本機(jī)研所中野禪等人開發(fā)了微型三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)機(jī),成功地測試了跨度400μ，直徑數(shù)10μ的線材彎曲剛度和彈性模量。美國加州大學(xué)Huang等人發(fā)展了一種新型的單晶硅微尺度拉伸試驗(yàn)，用來研究尺度對材料力學(xué)性質(zhì)的影響。超聲法和超聲顯微鏡法利用物質(zhì)對超聲波響應(yīng)不同，可以檢測材料的內(nèi)部情況丹羽登通過測定聲速衰減，測定了材料密度和材料的粘彈性佐藤等人通過超聲法同時(shí)測定材料的厚度變化和聲速山中一司等人利用超聲顯微鏡掃描方法測量材料的彈性波振動(dòng)法間接測量動(dòng)態(tài)彈性模量K.E.Peterson用靜電加載使懸臂梁產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，用光測法檢測位移響應(yīng)信號(hào)，然后求出材料的彈性模量張忠等利用動(dòng)態(tài)激光散斑相干法測量振動(dòng)，獲得高溫超導(dǎo)材料的小梁的前五階頻率，推算出這種材料的動(dòng)態(tài)彈性模量L.M.Zhang等人也利用類似的振動(dòng)測試方法，通過測試固有頻率，測得材料的彈性模量光熱輻射法和光聲法南京大學(xué)張淑儀等人利用選擇不同相位的熱波信號(hào)的方法，對不透明材料的亞表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層成像，縱向分辨力可優(yōu)于1μH.Nabeta等人測量了幾百微米厚壓接銅板中1μ-100μ的剝離YNagata等人利用變波長激光，根據(jù)積層結(jié)構(gòu)對光吸收的色選擇性，從彎曲振動(dòng)的位相信息中判斷積層順序材料疲勞特性測量SCBromley等人對161個(gè)特殊設(shè)計(jì)的微多晶硅器件進(jìn)行了加載失效測量，并計(jì)算了相應(yīng)的名義疲勞。TaekoAndo等人利用片上測試裝置方法在準(zhǔn)靜態(tài)單軸張力加載情況下，測試了單晶硅MEMS器件的張力疲勞。微摩擦和磨損的檢測直接測量微機(jī)械瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)微摩擦測定裝置薄膜微摩擦、磨損實(shí)驗(yàn)利用隧道效應(yīng)顯微鏡研究微摩擦間接測量微摩擦直接測量微機(jī)械瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)Tai.Y等人對微電機(jī)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)的直接測量Gabrielk.J對微型硅制空氣渦輪機(jī)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)的直接測量Lim.M.G等人對多晶硅結(jié)構(gòu)的直接測量分別推算出了多晶硅與多晶硅、多晶硅與氮化硅之間的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)薄膜微摩擦、磨損實(shí)驗(yàn)利用由轉(zhuǎn)盤、滑塊、微壓力加載懸臂梁和應(yīng)變片構(gòu)成的微摩擦磨損測量裝置，可以模擬微摩擦生成條件，轉(zhuǎn)盤上和滑塊上可鍍潤滑膜，接觸法向力由微壓力加載梁提供，切向摩擦力可用應(yīng)變片測得。當(dāng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定周數(shù)后，可用光學(xué)顯微鏡直接觀察磨損情況。利用隧道效應(yīng)顯微鏡研究微摩擦Mate等在原子力顯微鏡基礎(chǔ)上研制了微摩擦力顯微鏡FFM，美Ju-AiRuan綜合論述了利用各種類型FFM研究不同材料的微摩擦與磨損楊勇在博士論文中提出了一種新型的“（FFM）局域點(diǎn)摩擦力測量方法”，該方法可以實(shí)現(xiàn)局域點(diǎn)和特定位置的摩擦力測量，摩擦力測量值不受其它位置的影響間接測量微摩擦上海交大曹長江等人提出了一種全新的間接測量微摩擦的方法，利用微馬達(dá)同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)元件和測試元件，通過分析微馬達(dá)在施加力前后運(yùn)動(dòng)特性的改變，間接地計(jì)算出微摩擦力的大小。位移法測應(yīng)變和應(yīng)力MGAllen等人設(shè)計(jì)了微型的（長和寬約幾十微米）的T型結(jié)構(gòu)和H型結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試裝置,在受拉應(yīng)變時(shí)，T型結(jié)構(gòu)橫梁彎曲，變形為δT，H結(jié)構(gòu)寬梁與窄梁連接處產(chǎn)生位移δH。因?yàn)棣腡和δH與其應(yīng)變?chǔ)臫和εH有確定的函數(shù)關(guān)系，只需測量δT和δH，就可求出被測件的應(yīng)變和應(yīng)力。屈服法測應(yīng)力和應(yīng)變HGuckel等設(shè)計(jì)的微型測試裝置，將上述框架中獨(dú)立結(jié)構(gòu)變成細(xì)梁，細(xì)梁在臨界壓縮載荷下屈服。利用掃描電鏡清楚地觀察到梁的屈服現(xiàn)象，從而確定梁的應(yīng)變。偏轉(zhuǎn)法測應(yīng)變和應(yīng)力HGuckel等人將上述裝置中兩梁的伸長和縮短轉(zhuǎn)換成第三根梁的旋轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)角度可以利用掃描電鏡（SEM）測出。偏轉(zhuǎn)角與試件的應(yīng)變有確定的對應(yīng)關(guān)系，然后就可以推算出拉應(yīng)力和壓應(yīng)力閥值電壓法測應(yīng)力和應(yīng)變微型梁在壓應(yīng)力下處于不平衡狀態(tài)，當(dāng)在梁和與梁有一定間隙的基底之間加上電壓后，產(chǎn)生靜電力作用，當(dāng)所加電壓增大到一定值時(shí)，梁突然失穩(wěn)，由于屈曲，輸出電壓突然下降，這時(shí)電壓稱閥值電壓。通過測量出閥值電壓，就可以推導(dǎo)出內(nèi)應(yīng)力和彈性模量。微機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度檢測頻閃測轉(zhuǎn)速用光纖傳感器測轉(zhuǎn)速內(nèi)裝光伏器件測轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)參數(shù)測試儀內(nèi)裝光伏器件測轉(zhuǎn)速清華大學(xué)孫曦慶等人在電機(jī)轉(zhuǎn)子下集成光伏器件，一束平行光垂直照射在轉(zhuǎn)子所在平面上，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，光伏器件出現(xiàn)受光和被遮蓋兩種狀態(tài)，使其輸出高低兩種電平。這樣，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在輸出端就會(huì)得到與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)相一致的脈沖信號(hào)。通過對脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，得到微馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了內(nèi)檢測。運(yùn)動(dòng)參數(shù)測試儀長春光機(jī)所張二星等研制了MEMS構(gòu)件的運(yùn)