環(huán)境參數(shù)對常規(guī)MEMS結(jié)構(gòu)粘附失效的影響.pdf

1、隨著材料尺寸和加工尺寸的日趨減小，微觀可靠性問題對MEMS產(chǎn)業(yè)化十分重要。目前MEMS可靠性研究尚處于起步階段，國內(nèi)外對器件的失效模式和機(jī)理缺乏足夠的認(rèn)識，可靠性分析和設(shè)計(jì)工具也十分有限。因此可靠性的研究可以為MEMS器件的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和準(zhǔn)則。 對于具有懸浮結(jié)構(gòu)的可動MEMS來說，粘附是造成其失效的主要原因之一。當(dāng)互相接觸的表面之間產(chǎn)生的表面力大于器件由于形變產(chǎn)生的回復(fù)力時，器件將發(fā)生粘附失效。而一系列環(huán)境因素包括環(huán)境濕度、溫度

2、和接觸表面粗糙度以及在工藝控制過程中由于溫度變化引起的薄膜殘余應(yīng)力都會對微懸臂梁的粘附產(chǎn)生影響。因此研究環(huán)境參數(shù)對常規(guī)MEMS結(jié)構(gòu)粘附失效的影響對產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)無疑是非常重要的。 本文以表面加工多晶硅微梁結(jié)構(gòu)為例從實(shí)驗(yàn)和理論兩個方面分析了MEMS雙端固支梁在微觀領(lǐng)域中特有的粘附失效，并對它建立了釋放過程和封裝過程中的可靠性模型。在理論分析中，分析了外界環(huán)境包括環(huán)境濕度、溫度和接觸表面粗糙度對微梁結(jié)構(gòu)粘附的影響。選取MEMS器件常

3、見的可動結(jié)構(gòu)-雙端固支梁為研究對象，分析了在工藝控制過程中由于溫度變化引起的殘余應(yīng)力對雙端固支梁結(jié)構(gòu)粘附的影響，推導(dǎo)了釋放過程中屈曲雙端固支梁剝離系數(shù)的計(jì)算方法。此外，還在理論上分析了熱致封裝效應(yīng)對使用過程中雙端固支梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。基于雙端固支梁在使用中的粘附模型和熱致封裝效應(yīng)模型，推導(dǎo)了熱致封裝效應(yīng)對微梁結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)諸如諧振頻率、粘附長度的影響，并用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。 在實(shí)驗(yàn)分析中，提出來在線測量接觸部分電阻反推粘附能的新方