微米尺度下键合强度的评价方法和测试结构

在MEMS器件的设计与加工过程中,键合技术是体硅工艺的一项关键技术。由于MEMS器件的特点,其键合的面积通常是在微米到毫米量级内,传统测试键合强度的方法不再适用,该尺度下键合强度的测试与评价成为MEMS工艺测试的难点之一。文章提出了一种新型的测试结构,对面积为微米量级下键合的最大抗扭强度进行了测试。实验设计一系列的单晶硅悬臂梁结构测试键合面积在微米量级时的最大剪切力,键合面为常用的正方形,其边长从6μm到120μm,计算得出的剪力与采用实体单元有限元分析结果计算出的作用力相对误差为4.9%,这一误差在工程中是可以接受的。实验得出最大剪切扭矩和相应的键合面积的曲线。MEMS器件的设计人员可以根据结论曲线,针对所需的抗扭强度设计相应的键合面积。