[发明专利]一种微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构及测量方法

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，涉及一种微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构及测量方法。

背景技术

MEMS器件，如开关、加速度计等，其中的可动结构在工作中常常会出现两表面互相粘连在一起的现象，导致MEMS器件失效。粘附与可动结构的材料、几何尺寸以及加工工艺密切相关，影响因素复杂。为了了解和掌握MEMS器件在不同环境下的粘附特性，提供一种方便且准确的接触粘附力测量方法显得非常必要。

目前粘附力的测量方法主要是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，通过测量梁的粘附临界长度计算粘附能，间接获取粘附力信息。现有的测量方法，操作要求高，仪器成本昂贵。因此，提供一种电学测量方法，直接获取有关粘附力的信息，显得更为方便和实用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构，利用该测量结构能够获取被测十字梁的粘附力性能，同时本发明还提供该测量结构的测量方法，该方法方便易行，结果可靠。

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：

一种微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构，所述的测量结构包括衬底、被测十字梁、参考十字梁、用于静电激励的下拉电极、用于粘附分离的拉动电极、衬底接触电极和窄条电极组；被测十字梁和参考十字梁具有相同尺寸和形状，且由相同材料制成；被测十字梁由第一横梁和与第一横梁垂直交叉连接的第一扭转支撑梁组成，参考十字梁由第二横梁和与第二横梁垂直交叉连接的第二扭转支撑梁组成，第一横梁平行于第二横梁，第一扭转支撑梁的两端和第二扭转支撑梁的两端分别通过锚区连接在衬底上，且第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁位于同一直线上；下拉电极、拉动电极、衬底接触电极和窄条电极组均连接在衬底上，衬底接触电极和下拉电极位于第一横梁同一侧下方，且衬底接触电极位于第一横梁端部的下方；窄条电极组位于第二横梁一侧端部的下方；拉动电极位于第一横梁另一侧和第二横梁另一侧的下方；所述的窄条电极组包括至少三根相互平行布置的窄条电极，相邻窄条电极之间留有间隙，每根窄条电极的末端均连接一个压焊块。

上述的微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构的测量方法，所述的测量方法包括以下步骤：

步骤1）在被测十字梁和下拉电极之间，以及参考十字梁和下拉电极之间施加电压，第一横梁和第二横梁的同一侧端部将同步向下弯曲，并与下方的衬底接触电极或窄条电极组相接触，施加电压越大，接触长度越长；

步骤2）测量窄条电极组中各窄条电极的接通情况，判断参考十字梁与窄条电极组的接触位置，该接触位置的长度等同于被测十字梁与衬底接触电极的接触长度；

步骤3）逐步减小下拉电极上的电压，直至为零，若第一横梁重新弹起离开衬底，则被测十字梁未发生粘附，返回步骤1），并加大施加在被测十字梁和下拉电极之间，以及参考十字梁和下拉电极之间的电压；若第一横梁无法弹起，则被测十字梁发生粘附，进入步骤4）；

步骤4）在用于粘附分离的拉动电极上施加电压，第一横梁的一端向下运动，带动第一扭转支撑梁扭转，从而使第一横梁发生粘附的另一端翘起，使粘附分离；

5）根据步骤4）中施加在被测十字梁与拉动电极之间的电压，得到施加的静电力，再由杠杆原理推算得到一定接触长度下的粘附力。

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的粘附力。本发明通过增加参考十字梁与窄条电极组的接触结构，既能反映MEMS可动结构的实际接触情况，又能提供度量接触长度的手段。通过带有扭转支撑梁的十字梁结构，在静电力的作用下，能够形成如跷跷板般的起伏运动，使十字梁易于实现粘附和粘附分离之间的转换。由杠杆原理即可推算得到一定接触长度下的粘附力。本发明提供的测量方法简单易行，能够实现不同粘附长度下的粘附力测量。在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为本发明的结构示意图。

图2为本发明中省却被测十字梁2和参考十字梁3后的衬底结构示意图。

图中有：衬底1、被测十字梁2、参考十字梁3、下拉电极4、拉动电极5、衬底接触电极6、窄条电极组7、第一横梁21、第一扭转支撑梁22、第二横梁31、第二扭转支撑梁32、压焊块71—79、锚区81—84。

具体实施方式