MEMS传感器领域关于“带状薄膜抗拉性能的试验方法”

     我们知道，微机电系统（MEMS）传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

    绝大部分MEMS传感器为保证有很好的使用效果，一般要具备较高的防水、密封能力，如果说不具备有防水性能，就有可能使得MEMS传感器敏感部件会不同程度地受潮，即便暂时不会损坏，但是也会对传感器性能和和检测数据准确性有着一定的影响，还会影响到传感器的寿命。

    为了保证MEMS传感器的正常使用，就有必要做防水密封处理的。人们通常会使用特殊性能的薄膜来保护MEMS传感器，这就要求薄膜材料有很好的防水透气性能，不仅要避免水汽雾气，还要平衡密封设备内外腔体应力，并且阻隔灰尘等微小颗粒通过，避免颗粒影响数据准确性，确保在恶劣环境下仍能保持MEMS传感器内部元件敏感且精密的作用性，传递正确精准的信息数据。

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    薄膜材料对传感器如此重要，其性能的稳定性在很大程度上直接影响了传感器的稳定性。因此，由北京智芯传感科技有限公司（简称：智芯传感）提出并实施的“带状薄膜抗拉性能的试验方法”应运而生。该标准已成为MEMS传感器关于薄膜性能测试的中国国家标准之一（国标号：GB/T 38446-2020），适用于厚度在50nm到数微米之间，且长度和厚度的比值大于300的样品，也可用于MEMS产品带状薄膜结构的质量监控。

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    智芯传感“带状薄膜抗拉性能的试验方法” 中的样品使用了和实际器件相同的加工工艺，温度范围控制在15℃~35℃之间，相对湿度保持在20%~80%，而大气压力维持在86kPa~106kPa之间。试验设备是由驱动器、载荷尖端、对准装置、力和位移传感器组成的力学测试系统，如纳米压痕仪。

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    先将包含有样品的衬底粘贴在样本夹具上，将样品放置于测试台上，然后调整位置，使载荷尖端的平面与样品的表面平行且位于样品表面的几何中心，并用光学显微镜进行检查；当载荷尖端接触条带时，可通过光学显微镜观察到带状结构的微小形变。测试条带上连接基片固定两端的表面位置和中心的表面位置，三个表面位置的平均值即视为样品条带的参考位置；在恒定位移速率下施加外力，直至条带断裂。

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    根据不同样品选择施加的外力大小以及增加步距。对应变速率不敏感的材料通常选择移动速率为L x 10-4/s或L x10-3/s。记录所施加的外力（F）的大小和样品的挠度（w）。为了从试验结果中获得样品实际的受力和挠度，根据所用试验设备的具体情况要做出一些相应补偿。

    通过试验得到的相关参数计算以下性能参数：

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   智芯传感“ 带状薄膜抗拉性能的试验方法”的报告包含执行标准、试验环境、样品标识、样品制造工艺、样品材料、尺寸和测量方法，以及测量属性和结果（弹性模量、抗拉强度和应力-应变曲线），是目前对于MEMS传感器薄膜抗拉性能最有效的试验方法之一。

    该方法已于2020年3月6日发布，并在2020年10月1日正式实施。

    智芯传感携手北京大学、中北大学及其他在微机电系统领域具有丰富学术和理论基础的院校和企业，通过不断地创新和努力，为强化我国传感器领域理论与实践的结合做出了一定的贡献！