MEMS可靠性

概述：MEMS可靠性导论

1MEMS材料力学性能评价及评价标准

1.1简介

1.2薄膜材料的力学性能与MEMS

1.2.1弹性性能

1.2.2内应力

1.2.3强度

1.2.4疲劳

1.3力学性能评价的关键问题

1.3.1样品

1.3.2测试方法

1.3.3标准

1.4薄膜拉伸测试方法的综合比对

1.4.1拉伸测试方法

1.4.2样品设计

1.4.3材料

1.4.4样品制备

1.4.5结果

1.4.5.1单晶硅与多晶硅

1.4.5.2镍

1.4.5.3钛

1.4.6讨论

1.5MEMS材料的国际标准

1.5.1MEMS标准化机构

1.5.1.1IEC

1.5.1.2ASTMInternational

1.5.1.3SEMI

1.5.1.4日本微机械中心

1.5.2薄膜单轴应力测试的国际标准

1.6结论

参考文献

2匀质材料和涂层-衬底复合材料的弹塑性压入接触力学

2.1简介

2.2微纳压痕仪

2.3压人载荷与压人深度的关系

2.4圆锥/棱锥形压痕的弹塑性接触变形理论

2.4.1弹性接触

2.4.2塑性接触

2.4.3弹塑性接触

2.4.4压入接触面积Ac与Oliver-Pharr/Field-Swain近似

2.4.5压入接触的能量原理

2.5涂层-衬底复合材料的接触力学

2.5.1弹性压入接触力学

2.5.2弹塑性压入接触力学

2.6结论

2.7备注

参考文献

3MEMS薄膜材料的鼓胀测试

3.1简介

3.2理论

3.2.1单层膜片的基本定义

3.2.2平面应变条件下的多层膜片

3.2.3化简为无量纲形式

3.2.4薄膜

3.2.5基本步骤

3.3载荷-挠度模型

3.3.1简介

3.3.1.1直接解

3.3.1.2变分分析法

3.3.1.3有限元分析

3.3.2方形膜片

3.3.2.1近似载荷一挠度公式

3.3.2.2方形薄膜

3.3.3矩形膜片

3.3.4刚性支撑的长膜片

3.3.4.1平面应变响应

3.3.4.2长薄膜

3.3.4.3泊松比的提取

3.3.5平面应变条件下弹性支撑的单层长膜片

3.3.6平面应变条件下弹性支撑的多层长膜片

3.3.7断裂力学参数的提取

3.3.8热膨胀

3.4实验

3.4.1制备

3.4.2测量技术

3.4.3步骤

3.5结果

3.5.1氮化硅

3.5.2氧化硅

3.5.3多晶硅

3.5.4金属、聚合物和其他材料

3.6结论

参考文献

4MEMS材料的轴向拉伸测试

4.1简介

4.2薄膜样品单轴拉伸测试中的技术问题

4.2.1样品夹持

4.2.2应变测量

4.2.3纳米尺度结构的拉伸测试

4.3MEMS材料力学特性的评价方法

4.3.1脆性材料

4.3.2金属材料

4.3.3聚合物膜

4.3.4形状记忆合金膜

4.4薄膜样品的疲劳测试

4.5结论

参考文献

5MEMS的在片测试

5.1MEMS在片力学测试的简介

5.2杨氏模量测量

5.2.1横向谐振结构

5.2.2悬臂梁结构

5.3残余应力测量

5.3.1被动应力测试器件

5.3.2应力梯度

5.4粘附和摩擦

5.5磨损000000

5.6断裂韧度和断裂强度

5.6.1断裂韧度、断裂强度和静态应力腐蚀的被动测量

5.6.2断裂韧度、断裂强度的主动测量

5.7疲劳测量

5.7.1变平均应力与变幅疲劳

参考文献

6电容式压力传感器的可靠性

6.1简介

6.2结构和原理

6.3有限元分析

6.4制备工艺

6.5基本特性

6.6机械可靠性

6.6.1粘附

6.6.2灰尘

6.7湿度特性

6.8隔膜的谐振

6.9浪涌(静电)

6.10结论

参考文献

7惯性传感器的可靠性

7.1简介

7.2电容式三轴加速度传感器

7.2.1加速度检测原理

7.2.2结构、材料和工艺

7.3电感式陀螺传感器

7.3.1工作原理

7.3.2谐振器设计

7.3.3工艺和材料

7.4电容式陀螺传感器

7.5系统

7.6结论

7.7感谢

参考文献

8高精度、高可靠MEMS加速度传感器

8.1简介

8.2加速度传感器芯片

8.2.1传感器芯片的结构以及检测原理

8.2.2干扰应力的控制问题

8.2.3减小传感器芯片初始翘曲

8.2.4减小干扰应力

8.2.5实验结果

8.3数字修调IC

8.3.1概览

8.3.2读出电路的问题

8.3.3改进型读出电路特性

8.3.3.1PROM增益修调

8.3.3.2斩波放大器

8.3.3.3二阶补偿

8.4实验结果

8.4.1器件结构

8.4.2测量结果

8.5结论

参考文献

9MEMS可变光衰减器的可靠性

9.1简介

9.2MEMSVOA的设计和制备

9.3光机械性能

9.4关于可靠性的探讨

9.4.1机械强度

9.4.2低电压工作和振动容限

9.4.3温度特性

9.4.4静电漂移

9.4.5工艺残留

9.4.6HF蒸汽释放工艺

9.4.7防止使用中粘附的机械方法

9.4.8防止使用中粘附的化学方法

9.4.9密封

参考文献

10扫描MEMS谐振微镜的可靠性

10.1简介

10.2特点

10.3工作原理

10.3.1一维扫描微镜

10.3.2二维扫描微镜

10.4制造工艺

10.4.1一维扫描微镜

10.4.2二维扫描微镜

10.5工作特性

10.6光学微镜材料

10.7可靠性

10.7.1静态强度

10.7.1.1腐蚀损伤

10.7.1.2凹口部分的强度表征

10.7.2疲劳寿命

10.7.2.1疲劳寿命的设计

10.7.2.2疲劳寿命测试结果

10.8应用举例

10.8.1空气中飘浮粒子的可视化

10.8.2物体形状的测量

10.8.3阻塞型场地传感器

10.8.4车载激光雷达

10.8.5激光打印机

10.8.6条形码读出器

10.8.7测距传感器

10.8.8激光显示

参考文献

　　日本学者0.Tabata和T.Tsuchiya两位教授组织专家所著的《ReliabilityofMEMS》一书，是国际上MEMS可靠性领域第一本专著。其内容主要包括两个方面：①MEMS材料机械特性评价方法及其评价标准，包括弹塑性压痕接触力学、膨胀测试、轴向拉伸测试、在片测试等；②MEMS器件的可靠性，包括压力传感器可靠性、惯性传感器可靠性、光MEMS可靠性等。虽然该书没有完全覆盖MEMS可靠性相关内容，但在MEMS材料可靠性表征、器件可靠性分析等方面有较深入的概述，适合于MEMS可靠性研究领域的高年级大学生、研究生和工程技术人员参考。　　本书是国际上MEMS可靠性领域第一本专著，共分为两部分。第一部分论述MEMS材料的可靠性内容及主要表征方法，包括MEMS材料的可靠性，微纳压痕仪，鼓胀测试，弯曲测试，单轴张应力测试，片上测试；第二部分论述MEMS器件的可靠性，包括压力传感器可靠性，惯性传感器可靠性，RFMEMS可靠性和光MEMS可靠性。内容新颖，数据充实，适合于微机电系统、微电子、光电子、传感器、通讯技术领域的高年级大学生、研究生和工程技术人员参考。