MEMS(微机电系统检测及失效分析

MEMS（微机电系统）元件的失效机制从本质上讲和与之相对应的宏观（肉眼可见）元件，具有很大差别并且是独特的。本文讨论从各种MEMS元件中观测到的失效机制。需要强调的是，MEMS装置的组装使用散装表面显微加工工艺。
 
许多类型的MEMS组件使用在各种各样的应用领域。这些装置不同于他们的分立元器件或者对应的集成电路，具有新的失效机制，这些失效机制不会发生在传统集成电路或者分立元件上。大多数MEMS装置都非常小，以至于它们的表面积与体积比非常高（从1000：1~10000:1）。为了把这些当前已经广泛应用和正在发展的MEMS装置进行合适的分类,一个常规的分类方法已经基本成熟。这个分类法基于设计的复杂程度，在很大程度上讲，基于操作的复杂程度。这些装置分类如下：

1）、一类、装置没有运动部分。 本类包括，加速计组件、压力传感器、打印头油墨喷嘴、应力应变仪。
2）、二类、装置结合了运动部件，但他们之间没有摩擦或者没有碰撞。包括，陀螺仪、梳理驱动器、谐振器、滤波片。
3）、三类、结构包含带有运动碰撞表面。包括继电器、泵阀门。
4）、四类、结构包含带有摩擦和碰撞表面的运动元件。包括 百叶门窗，扫描器、微锁机构、可视开关。

不管是那种制造工艺制造的MEMS,其设计和功能也一定是这四类之一。MEMS的每一类都有与之相关的失效机制。

MEMS机械结构示意图

一类的失效机制：颗粒污染，和粘滞作用。

 

颗粒污染扫描电镜照片

 

粘滞作用，扫描电镜照片

二类失效机制

 

扫描电镜照片：多晶硅梳子结构，应力集中导致裂纹。            微裂纹扫描电镜照片

 

梳子结构粘滞失效 扫描电镜照片

 

三类失效机制：

 

微继电器 扫描电镜低倍照片

 

4μm镀金触头，高倍照片
    经过几十万次接触碰撞后，失效， 扫描电镜高倍照片，20000倍

四类失效机制 

 

扫描电镜照片：微凸轮机构磨损，颗粒         摩擦表面失效，高倍扫描电镜照片，30000倍

 

扫描电镜照片：静电放电制动损伤                    制动损伤 扫描电镜照片       

小结：没有任何其他的微观检测仪器，可以和扫描电镜相提并论。微纳科技因为有了电子显微镜才得以发展，电子显微镜为微纳科技而存在。扫描电镜已经成为微纳米科技的显微分析，或者显微操作平台。



编辑：ymf