《MEMS的测试技术》PPT课件

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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

2、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

3、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400μ，直径数10μ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

4、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

5、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1μH.Nabeta等人测量了几百微米厚压接铜板中1μ-100μ的剥离YNagata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）DevilTRead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SCBromley等人对161个

6、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。TaekoAndo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间接测量微摩擦直接测量微机械瞬时运动Tai.Y等人对微电机瞬时运动的直接测量Gabrielk.J对微型硅制空气涡轮机瞬时运动的直接测量Lim.M.G等人对多晶硅结构的直接测量分别推算出了多晶硅与多晶硅、多晶硅与氮化硅之间的动、静摩擦系数微摩擦测定

7、装置U.Beeschvinger等人通过陶瓷梁推动用LIGA工艺加工成的微小结构，在不同材料衬底上运动，得到了不同材料之间的静摩擦和动摩擦系数日本NoquchiK等人利用置于两电极绝缘体之间的微小滑块和底板之间形成摩擦，测量滑块初始电平可得到静摩擦系数，测量滑块通过间隙的瞬态过程，可以求得动摩擦系数薄膜微摩擦、磨损实验利用由转盘、滑块、微压力加载悬臂梁和应变片构成的微摩擦磨损测量装置，可以模拟微摩擦生成条件，转盘上和滑块上可镀润滑膜，接触法向力由微压力加载梁提供，切向摩擦力可用应变片测得。当盘转动一定周数后，可用光

8、学显微镜直接观察磨损情况。利用隧道效应显微镜研究微摩擦Mate等在原子力显微镜基础上研制了微摩擦力显微镜FFM，美Ju-AiRuan综合论述了利用各种类型FFM研究不同材料的微摩擦与磨损杨勇在博士论文中提出了一种新型的“（FFM）局域点摩擦力测量方法”，该方法可以实现局域点和特定位置的摩擦力测量，摩擦力测量值不受其它位置的影响间接测量微摩擦上海交大曹长江等人