[發(fā)明專利]一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)及測量方法

有效

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• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN102944515A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐潔影;蔣明霞
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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，涉及一種微機械系統(tǒng)中微懸臂梁粘附力的測量結(jié)構(gòu)及測量方法。

背景技術(shù)

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(dǎo)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(fù)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(zhǔn)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?，F(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(xué)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。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(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，同時本發(fā)明還提供該測量結(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，本發(fā)明采用的技術(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1）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，本發(fā)明的技術(shù)方案可以準(zhǔn)確測量微懸臂梁的粘附力。本發(fā)明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。本發(fā)明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(xué)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1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中省卻被測十字梁2和參考十字梁3后的襯底結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中有：襯底1、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。

具體實施方式