MEMS-testning
MEMS-testning är en av processerna i utvecklingen av en MEMS- enhet. Det är en samling testmetoder som elektriska, mekaniska och miljötester.
Motivering
När man tittar på den elektroniska marknaden blir det uppenbart, eftersom det finns ett behov av produktionseffekt, hög systemprestanda, produkttillförlitlighet och lång livscykel, för MEMS att skapa förtroende i kundernas ögon. Om dessa villkor inte skulle uppfyllas skulle kunderna inte investera i teknik som använder MEMS, vilket motiverar behovet av testning som en del av en hög kvalitetsstandard.
Testning är också ganska viktigt ur ekonomisk synvinkel. Som det sägs att felkostnaden ökar med en faktor tio för varje etapp innan det upptäcks. De flesta MEMS-tillverkare kontrollerar sina produkter i två olika stadier (på wafernivå och förpackningen), samt stickprov på varje steg. Om man tar med detta i kostnadsberäkningen för en MEMS-enhet uppgår kostnaderna för testning till 20-50 % av de totala enhetskostnaderna. Även när man tittar på tillverkare som tillverkar MEMS- och CMOS -enheter är det inte riktigt möjligt att minska kostnaderna genom att inkludera ekonomieffekten för att testa, som båda typerna av enheter. Detta beror på att även om cirka 80 % av bearbetningen är delad är det bara 20 % av testerna. För att minska dessa kostnader för amerikanska tillverkare genomförde National Institute of Standards and Technologies ( NIST ) flera workshops och frågeformulär för att ta itu med denna fråga och öka konkurrenskraften för amerikanska företag.
Vad testas?
På grund av den stora variationen av MEMS är det svårt att vara mycket specifik eftersom vad som testas visar tabellen nedan vad som testas i allmänhet:
| Materialegenskapstest | Tillverkningstest | Enhetsnivåmätning |
|---|---|---|
| Kvarvarande stress | Doping | Kornstorlek |
| Fraktur/felmekanism | Etsningsparametrar | Ytsträvhet |
| Etsningsparametrar (form och dimension) | Deponeringsmetoder | Högupplöst tvärsnitt |
| Elasticitetsmodul | Etsning efter release | Micro Scale Crack Propagation |
| Poissons förhållande | Torkning efter release (Stiction) | Inställningstid för prestanda i realtid, rörelseamplitud eller resonansfrekvens |
| Brottseghet | ||
| Elektriska egenskaper | ||
| Gränsytans hållfasthetskoefficient | ||
| för termisk expansion |
Olika tekniker
För att testa MEMS kom forskare på en mängd olika tekniker som kan visa vissa värden. Det finns dock ingen enskild teknik som kan täcka alla; var och en har styrkor såväl som svagheter.
Nedan är en lista med alla större och några mindre tekniker som används i MEMS-testning:
- Atomkraftsmikroskopi (AFM)
- Konfokalmikroskopi (CM)
- Digital holografisk mikroskopi (DHM)
- Laser Doppler vibrometer (LDV)
- Optisk mikroskopi (OM)
- Svepelektronmikroskopi (SEM)
- Stroboskopisk videomikroskopi (SVM)
- Interferometri med vitt ljus (WLI)
Följande tekniker har experimenterats med men övervägs inte längre för MEMS-testning:
- Strålavböjning
- Elektronisk fläckmönsterinterferometri (ESPI)
- Ellipsometri
- Ljusspridning
- Spektroskopi
Alla dessa tekniker har styrkor och svagheter, så för att maximera effektiviteten hos testutrustning kombinerade forskare teknologier. Till exempel Christian Rembe, tidigare forskare vid UC Berkeley, kombinerade laserdopplervibrometri, interferometri med vitt ljus och stroboskopvideomikroskopi i ett verktyg för att eliminera varje tekniks svaghet.