環(huán)境參數(shù)對(duì)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(wèn)題對(duì)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(guó)內(nèi)外對(duì)器件的失效模式和機(jī)理缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，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(duì)于具有懸浮結(jié)構(gòu)的可動(dòng)MEMS來(lái)說(shuō)，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(shí)，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(guò)程中由于溫度變化引起的薄膜殘余應(yīng)力都會(huì)對(duì)微懸臂梁的粘附產(chǎn)生影響。因此研究環(huán)境參數(shù)對(duì)常規(guī)MEMS結(jié)構(gòu)粘附失效的影響對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)無(wú)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(gè)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(duì)它建立了釋放過(guò)程和封裝過(guò)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(duì)微梁結(jié)構(gòu)粘附的影響。選取MEMS器件常

3、見(jiàn)的可動(dòng)結(jié)構(gòu)-雙端固支梁為研究對(duì)象，分析了在工藝控制過(guò)程中由于溫度變化引起的殘余應(yīng)力對(duì)雙端固支梁結(jié)構(gòu)粘附的影響，推導(dǎo)了釋放過(guò)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(duì)使用過(guò)程中雙端固支梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響?；陔p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(duì)微梁結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)諸如諧振頻率、粘附長(zhǎng)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(lái)在線測(cè)量接觸部分電阻反推粘附能的新方