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MEMS(微机电系统)检测及失效分析 发布时间:2014-01-09

MEMS(微机电系统)元件的失效机制从本质上讲和与之相对应的宏观(肉眼可见)元件,具有很大差别并且是独特的。本文讨论从各种MEMS元件中观测到的失效机制。需要强调的是,MEMS装置的组装使用散装表面显微加工工艺。
 
许多类型的MEMS组件使用在各种各样的应用领域。这些装置不同于他们的分立元器件或者对应的集成电路,具有新的失效机制,这些失效机制不会发生在传统集成电路或者分立元件上。大多数MEMS装置都非常小,以至于它们的表面积与体积比非常高(从1000:1~10000:1)。为了把这些当前已经广泛应用和正在发展的MEMS装置进行合适的分类,一个常规的分类方法已经基本成熟。这个分类法基于设计的复杂程度,在很大程度上讲,基于操作的复杂程度。这些装置分类如下:

1)、一类、装置没有运动部分。 本类包括,加速计组件、压力传感器、打印头油墨喷嘴、应力应变仪。
2)、二类、装置结合了运动部件,但他们之间没有摩擦或者没有碰撞。包括,陀螺仪、梳理驱动器、谐振器、滤波片。
3)、三类、结构包含带有运动碰撞表面。包括继电器、泵阀门。
4)、四类、结构包含带有摩擦和碰撞表面的运动元件。包括 百叶门窗,扫描器、微锁机构、可视开关。

不管是那种制造工艺制造的MEMS,其设计和功能也一定是这四类之一。MEMS的每一类都有与之相关的失效机制。


MEMS机械结构示意图


MEMS机械结构示意图


一类的失效机制:颗粒污染,和粘滞作用。


 颗粒污染扫描电镜照片


 颗粒污染扫描电镜照片


粘滞作用,扫描电镜照片


粘滞作用,扫描电镜照片


二类失效机制


 微裂纹扫描电镜照片(扫描电镜SEM)


扫描电镜照片:多晶硅梳子结构,应力集中导致裂纹。            微裂纹扫描电镜照片


梳子结构粘滞失效(扫描电镜SEM)


梳子结构粘滞失效 扫描电镜照片


三类失效机制:


微继电器(扫描电镜SEM)


微继电器 扫描电镜低倍照片


4μm镀金触头(扫描电镜SEM)


     4μm镀金触头,高倍照片
    经过几十万次接触碰撞后,失效, 扫描电镜高倍照片,20000倍


四类失效机制 


 微凸轮机构磨损,摩擦表面失效(扫描电镜SEM)


          扫描电镜照片:微凸轮机构磨损,颗粒         摩擦表面失效,高倍扫描电镜照片,30000倍


 制动损伤(扫描电镜SEM)


                扫描电镜照片:静电放电制动损伤                    制动损伤 扫描电镜照片       

小结:没有任何其他的微观检测仪器,可以和扫描电镜相提并论。微纳科技因为有了电子显微镜才得以发展,电子显微镜为微纳科技而存在。扫描电镜已经成为微纳米科技的显微分析,或者显微操作平台。





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