在热应力的影响下,MEMS薄膜设备参数的变化
Xiao Wen1,2, Jinchuan Chen1,2, Ruiwen Liu3
1School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology (SWUST), 59 Qinglong Road, Mianyang 621010, China.
Micromachines
|October 26, 2024
概括
热应力显著影响薄膜结构的MEMS设备. 这项研究表明,重复的热负荷会导致薄膜变形并降低共振频率,可能导致设备故障.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 半导体物理 半导体物理
背景情况:
- 在微电子机械系统 (MEMS) 中,薄膜结构对于支,增强和绝缘至关重要.
- 微观尺寸放大了MEMS参数的灵敏度和对热应激的性能.
- 了解热应力效应对于MEMS设备的可靠性至关重要.
研究的目的:
- 研究热应力对MEMS设备中多层薄膜结构的变形和共振频率的影响.
- 分析应力度区域,并预测热循环下潜在的故障机制.
- 为改善MEMS设备设计和可靠性提供参考值.
主要方法:
- 用多层薄膜结构制造Pirani标尺样本.
- 使用不同温度 (-55°C,25°C,125°C) 的稳态和瞬态分析进行有限元素建模 (FEM).
- 实验性热应力测试,涉及温度循环和共振频率和表面变形的测量.
主要成果:
- 金 (Pt) 紧端梁被确定为应力度区域.
- 在重复的热负荷下观察到的悬臂梁的周期性Z方向运动.
- 观察到悬浮膜腔和共振频率的下降趋势,这表明降解.
- 由于累积的热应力,可能导致紧固端梁断裂.
结论:
- 热应力显著改变了MEMS设备中薄膜结构的机械参数.
- FEM模拟和实验结果为增强MEMS设备设计提供了关键数据.
- 解决热应力影响对于提高MEMS设备的长期可靠性和性能至关重要.


