[发明专利]微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械系统（文中简称MEMS）制造、性能及其可靠性测试的领域，具体来说，涉及一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构。

背景技术

MEMS器件一般都含有可动结构，在工作中常存在两表面间的相互接触问题。由于MEMS结构的尺寸为微米量级，所以比表面积很大，这使得表面作用力对器件的影响异常明显。目前，表面作用力引起的结构的粘附失效已成为MEMS器件的一个主要失效模式。为了消除粘附失效的隐患，必须在器件设计之初就加以关注。例如，对于MEMS常见的微梁结构而言，设计时必须了解不会发生粘附失效的接触长度范围，保证微梁接触运动时自身的回复力大于表面粘附力，以确保器件的可靠性使用。因此，方便且准确地测量接触粘附的临界接触长度和粘附力，获取表面接触的信息，可以为预防微梁的粘附失效，为优化MEMS结构设计提供必要的参考依据。

目前，获取粘附表面接触信息的方法比较繁琐，有人利用原子力显微镜对两块材料的粘附力进行测量，也有利用白光干涉仪，观测梁的接触粘附情况，获取粘附力信息。现有的测量方法，操作要求高，仪器成本昂贵。因此，通过设计测量结构进行实测，直接获取与粘附相关的信息，显得更为方便和准确。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，利用该测量结构能够获取微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力，且测量结果准确。

技术方案：为实现解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力的测量结构，所述的测量结构包括衬底、n个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极、呈阶梯形的第一衬底接触电极、n个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极，n为大于等于2的整数；每个十字梁均由横梁和与横梁垂直交叉连接的扭转支撑梁组成，所有横梁相互平行，且处于悬空状态；扭转支撑梁通过锚区连接在衬底上，且所有扭转支撑梁位于同一直线上；下拉电极、第一衬底接触电极、n个衬底接触电极和拉动电极连接在衬底顶面，且拉动电极位于n个十字梁一测的下方，下拉电极和第一衬底接触电极位于n个十字梁另一侧的下方，且第一衬底接触电极位于十字梁端部下方，n个十字梁下方对应的第一衬底接触电极的长度呈阶梯变化，每个十字梁的下方对应设置一个衬底接触电极，且各衬底接触电极靠近第一衬底接触电极。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案可以准确测量微悬臂梁接触粘附的临界接触长度和粘附力。该测量结构包括衬底、n个具有相同尺寸和材料的十字梁，用于静电激励的下拉电极、呈阶梯形的第一衬底接触电极、n个衬底接触电极和促使粘附分离的拉动电极。第一衬底接触电极呈阶梯形状，使各横梁在不同静电载荷下能够形成不同的接触长度，接触长度可根据各衬底接触电极与第一衬底接触电极的接通情况加以判断。释放静电载荷后，不能够自动弹起的十字粱即发生接触粘附。由未发生粘附和已发生粘附的两个相邻的十字梁的接触长度，可以得到十字梁可能发生接触粘附的临界接触长度的信息。测量结构通过扭转支撑梁的作用，能够形成如跷跷板般的起伏运动。对于已生粘附的梁，在拉动电极上施加电压就会使粘附端受到一个向上的提拉作用，从而促使粘附分离。根据施加在拉动电极上的电压，则可推算得到粘附力。本发明提供的测量结构使整个测量过程中施加和检测的都是电学参量，由于接触和非接触的电阻相差很大，易于测量。因此，整个测试过程测量速度较快且对测量仪器的要求低，可以很方便的实现在线测试。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明省去十字梁后的结构示意图。

图中有：衬底1、第一十字梁31、第二十字梁32、第三十字梁33、第四十字梁34、下拉电极6、拉动电极7、第二衬底接触电极81、第三衬底接触电极82、第四衬底接触电极83、第五衬底接触电极84、第一衬底接触电极9、第一横梁21、第二横梁22、第三横梁23、第四横梁24、第一扭转支撑梁41、第二扭转支撑梁42、第三扭转支撑梁43、第四扭转支撑梁44、锚区51-58。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。