本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)，包括襯底、被測十字梁、參考十字梁、下拉電極、拉動電極、襯底接觸電極和窄條電極組；被測十字梁由第一橫梁和第一扭轉(zhuǎn)支撐梁組成，參考十字梁由第二橫梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁組成，第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁分別通過錨區(qū)連接在襯底上；襯底接觸電極和下拉電極位于第一橫梁同一側(cè)下方；窄條電極組位于第二橫梁一側(cè)端部的下方；拉動電極位于第一橫梁另一側(cè)和第二橫梁另一側(cè)的下方；所述的窄條電極組包括至少三根相互平行布置的窄條電極，每根窄條電極的末端均連接一個壓焊塊。利用該測量結(jié)構(gòu)能夠獲取被測十字梁的粘附力性能。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了該測量結(jié)構(gòu)的測量方法，方便易行。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種微機械系統(tǒng)(文中簡稱MEMS)制造、性能及其可靠性測試的領(lǐng)域，具體來說，涉及。
技術(shù)介紹
MEMS器件，如開關(guān)、加速度計等，其中的可動結(jié)構(gòu)在工作中常常會出現(xiàn)兩表面互相粘連在一起的現(xiàn)象，導致MEMS器件失效。粘附與可動結(jié)構(gòu)的材料、幾何尺寸以及加工工藝密切相關(guān)，影響因素復雜。為了了解和掌握MEMS器件在不同環(huán)境下的粘附特性，提供一種方便且準確的接觸粘附力測量方法顯得非常必要。目前粘附力的測量方法主要是利用原子力顯微鏡對兩塊材料的粘附力進行測量，也有利用白光干涉儀，通過測量梁的粘附臨界長度計算粘附能，間接獲取粘附力信息。現(xiàn)有的測量方法，操作要求高，儀器成本昂貴。因此，提供一種電學測量方法，直接獲取有關(guān)粘附力的信息，顯得更為方便和實用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
技術(shù)問題本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，提供一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)，利用該測量結(jié)構(gòu)能夠獲取被測十字梁的粘附力性能，同時本專利技術(shù)還提供該測量結(jié)構(gòu)的測量方法，該方法方便易行，結(jié)果可靠。技術(shù)方案為實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)，所述的測量結(jié)構(gòu)包括襯底、被測十字梁、參考十字梁、用于靜電激勵的下拉電極、用于粘附分離的拉動電極、襯底接觸電極和窄條電極組；被測十字梁和參考十字梁具有相同尺寸和形狀，且由相同材料制成；被測十字梁由第一橫梁和與第一橫梁垂直交叉連接的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁組成，參考十字梁由第二橫梁和與第二橫梁垂直交叉連接的第二扭轉(zhuǎn)支撐梁組成，第一橫梁平行于第二橫梁，第一扭轉(zhuǎn)支撐梁的兩端和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁的兩端分別通過錨區(qū)連接在襯底上，且第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁位于同一直線上；下拉電極、拉動電極、襯底接觸電極和窄條電極組均連接在襯底上，襯底接觸電極和下拉電極位于第一橫梁同一側(cè)下方，且襯底接觸電極位于第一橫梁端部的下方；窄條電極組位于第二橫梁一側(cè)端部的下方；拉動電極位于第一橫梁另一側(cè)和第二橫梁另一側(cè)的下方；所述的窄條電極組包括至少三根相互平行布置的窄條電極，相鄰窄條電極之間留有間隙，每根窄條電極的末端均連接一個壓焊塊。上述的微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)的測量方法，所述的測量方法包括以下步驟步驟I)在被測十字梁和下拉電極之間，以及參考十字梁和下拉電極之間施加電壓，第一橫梁和第二橫梁的同一側(cè)端部將同步向下彎曲，并與下方的襯底接觸電極或窄條電極組相接觸，施加電壓越大，接觸長度越長；步驟2)測量窄條電極組中各窄條電極的接通情況，判斷參考十字梁與窄條電極組的接觸位置，該接觸位置的長度等同于被測十字梁與襯底接觸電極的接觸長度；步驟3)逐步減小下拉電極上的電壓，直至為零，若第一橫梁重新彈起離開襯底，則被測十字梁未發(fā)生粘附，返回步驟1)，并加大施加在被測十字梁和下拉電極之間，以及參考十字梁和下拉電極之間的電壓；若第一橫梁無法彈起，則被測十字梁發(fā)生粘附，進入步驟4)；步驟4)在用于粘附分離的拉動電極上施加電壓，第一橫梁的一端向下運動，帶動第一扭轉(zhuǎn)支撐梁扭轉(zhuǎn)，從而使第一橫梁發(fā)生粘附的另一端翹起，使粘附分離；5)根據(jù)步驟4)中施加在被測十字梁與拉動電極之間的電壓，得到施加的靜電力，再由杠桿原理推算得到一定接觸長度下的粘附力。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的技術(shù)方案可以準確測量微懸臂梁的粘附力。本專利技術(shù)通過增加參考十字梁與窄條電極組的接觸結(jié)構(gòu)，既能反映MEMS可動結(jié)構(gòu)的實際接觸情況，又能提供度量接觸長度的手段。通過帶有扭轉(zhuǎn)支撐梁的十字梁結(jié)構(gòu)，在靜電力的作 用下，能夠形成如蹺蹺板般的起伏運動，使十字梁易于實現(xiàn)粘附和粘附分離之間的轉(zhuǎn)換。由杠桿原理即可推算得到一定接觸長度下的粘附力。本專利技術(shù)提供的測量方法簡單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同粘附長度下的粘附力測量。在整個測量過程中施加和檢測的都是電學參量，由于接觸和非接觸的電阻相差很大，易于測量。因此，整個測試過程測量速度較快，且對測量儀器的要求低，可以很方便的實現(xiàn)在線測試。附圖說明圖I為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)中省卻被測十字梁2和參考十字梁3后的襯底結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有襯底I、被測十字梁2、參考十字梁3、下拉電極4、拉動電極5、襯底接觸電極6、窄條電極組7、第一橫梁21、第一扭轉(zhuǎn)支撐梁22、第二橫梁31、第二扭轉(zhuǎn)支撐梁32、壓焊塊71 — 79、錨區(qū)81—84。具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進行詳細的說明。如圖I和圖2所示，本專利技術(shù)的一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)，包括襯底I、被測十字梁2、參考十字梁3、用于靜電激勵的下拉電極4、用于粘附分離的拉動電極5、襯底接觸電極6和窄條電極組7。被測十字梁2和參考十字梁3具有相同尺寸和形狀，且由相同材料制成。被測十字梁2由第一橫梁21和與第一橫梁21垂直交叉連接的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁22組成。參考十字梁3由第二橫梁31和與第二橫梁31垂直交叉連接的第二扭轉(zhuǎn)支撐梁32組成。第一橫梁21平行于第二橫梁31。第一扭轉(zhuǎn)支撐梁22的兩端和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁32的兩端分別通過錨區(qū)連接在襯底I上，且第一扭轉(zhuǎn)支撐梁22和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁32位于同一直線上。被測十字梁2和錨區(qū)可以做成整體式結(jié)構(gòu)。參考十字梁3和錨區(qū)也可以做成整體式結(jié)構(gòu)。下拉電極4、拉動電極5、襯底接觸電極6和窄條電極組7均連接在襯底I上。襯底接觸電極6和下拉電極4位于第一橫梁21同一側(cè)下方，且襯底接觸電極6位于第一橫梁21端部的下方。窄條電極組7位于第二橫梁31 —側(cè)端部的下方。拉動電極5位于第一橫梁21另一側(cè)和第二橫梁31另一側(cè)的下方。窄條電極組7包括至少三根相互平行布置的窄條電極，相鄰窄條電極之間留有間隙，每根窄條電極的末端均連接一個壓焊塊。如圖I所示，窄條電極組由9個窄條電極組成。9個窄條電極的末端連接有壓焊塊71—79。第一扭轉(zhuǎn)支撐梁22的兩端和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁32的兩端連接在錨區(qū)81—84上，錨區(qū)81 — 84固定連接在襯底I上。圖示只是舉例，窄條電極的個數(shù)不限于圖示中的9個。該測量結(jié)構(gòu)中的襯底I用單晶硅制成。被測十字梁2和參考十字梁3可以是摻雜的多晶硅或單晶硅梁，也可以是金屬梁。下拉電極4、拉動電極5、襯底接觸電極6、窄條電極和壓焊塊均為金屬材料制成(金或鋁)。窄條電極的寬度和間隔可根據(jù)測量精度和工藝精度確定，優(yōu)選為幾個Pm。在加工該測量結(jié)構(gòu)時，可以作為陪片一同加工，無須專門制作，與傳統(tǒng)MEMS梁的制作過程類似。實際應(yīng)用中，MEMS可動梁的襯底接觸電極多為光板式。上述結(jié)構(gòu)的微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)的具體測量步驟如下·(I)在被測十字梁2和下拉電極4之間，以及參考十字梁3和下拉電極4之間施加相同的直流電壓，在靜電力作用下，第一橫梁21和第二橫梁31的同一側(cè)端部將同步向下彎曲，圖I中為左側(cè)端部向下彎曲，隨施加的直流電壓逐步增加，第一橫梁21和第二橫梁31的彎曲加大，并與下方的襯底接觸電極6或窄條電極組7相接觸。施加的直流電壓越大，接觸長度越長。因為被測十字梁2和參考十字梁3的材料和尺寸完全相同，所以在相同靜電力作用下，被測十字梁2和參考十字梁3與襯底的接觸長度相等。(2)當參考十字梁3的第二橫梁31與兩條及兩條以上的窄條電極相接觸時，將使相應(yīng)的窄條電極接通，依次測量壓焊塊之間的電阻，如圖I中的壓焊塊71與72之間、壓焊塊71與73之間、壓焊塊71與7本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的測量結(jié)構(gòu)包括襯底（1）、被測十字梁（2）、參考十字梁（3）、用于靜電激勵的下拉電極（4）、用于粘附分離的拉動電極（5）、襯底接觸電極（6）和窄條電極組（7）；被測十字梁（2）和參考十字梁（3）具有相同尺寸和形狀，且由相同材料制成；被測十字梁（2）由第一橫梁（21）和與第一橫梁（21）垂直交叉連接的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁（22）組成，參考十字梁（3）由第二橫梁（31）和與第二橫梁（31）垂直交叉連接的第二扭轉(zhuǎn)支撐梁（32）組成，第一橫梁（21）平行于第二橫梁（31），第一扭轉(zhuǎn)支撐梁（22）的兩端和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁（32）的兩端分別通過錨區(qū)連接在襯底（1）上，且第一扭轉(zhuǎn)支撐梁（22）和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁（32）位于同一直線上；下拉電極（4）、拉動電極（5）、襯底接觸電極（6）和窄條電極組（7）均連接在襯底（1）上，襯底接觸電極（6）和下拉電極（4）位于第一橫梁（21）同一側(cè)下方，且襯底接觸電極（6）位于第一橫梁（21）端部的下方；窄條電極組（7）位于第二橫梁（31）一側(cè)端部的下方；拉動電極（5）位于第一橫梁（21）另一側(cè)和第二橫梁（31）另一側(cè)的下方；所述的窄條電極組（7）包括至少三根相互平行布置的窄條電極，相鄰窄條電極之間留有間隙，每根窄條電極的末端均連接一個壓焊塊。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐潔影，蔣明霞，
申請(專利權(quán))人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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