压力传感器的可靠三维特性分析

微机电系统(MEMS)压力传感器作为最早实现规模化量产的微机电设备,如今已衍生出丰富类型,如相对压力测量型、绝对压力测量型等,以适配不同应用场景,其中不乏对安全性要求严苛的领域。

在医疗与生物医学范畴,压力传感器可用于隔膜装置,精准感知压力变化;在可穿戴设备领域,助力实现对人体生理参数的实时监测;在诊断成像技术中,也发挥着不可或缺的作用,为获取更精准的医学影像提供支持。

压力传感器的如何工作?

微机电系统(MEMS)压力传感器的核心工作原理,是把物理负载及压力转化为模拟电信号。当压力产生变化时,压力传感器的薄膜会相应改变形状,此时产生的电信号电压与薄膜的形变量呈正比关系。

在对安全性要求极为严苛的应用场景中,保障 MEMS 压力传感器的功能正常与产品质量是重中之重,而这离不开对其展开全面的评估和特性分析。考虑到 MEMS 压力传感器尺寸微小且灵敏度高的特点,非接触式光学检测方法成为理想之选 。

测量微机电系统压力传感器的三维形貌

压力传感器存在部分与性能紧密相关的参数,无法单纯依靠电学手段完成测量,这促使行业寻求其他有效途径。其中,针对薄且灵敏的压力传感器薄膜开展三维形貌测量,涵盖薄膜厚度测定,便是一种行之有效的方法。

TopMap 系列白光干涉仪所配备的光学表面轮廓仪,能够精准呈现压力传感器薄膜在不同外加压力下的形状参数及曲率状况。借此,可规避不必要的应力产生,确保蚀刻工艺达到预期效果。此外,还能够对敷设在压力传感器薄膜上的电阻进行测量,以此确认并优化电阻的定位及附着状态 。

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压力传感器动态特性与性能测试

基于显微镜的激光多普勒测振技术,可精准测定微机电系统(MEMS)压力传感器薄膜的共振频率和振动幅值。针对每一次共振现象,能将薄膜的实际振型与有限元(FE)模拟所预测的振型加以比对。

把激光测振仪获取的测量数据与有限元模拟数据进行整合后,通过两者的关联情况,就能确定边界条件、厚度、刚度以及应力等关键参数。Polytec 的光学测试解决方案十分出色,能以误差低于 1% 的高精度,测量厚度仅 300 nm 的压力传感器薄膜。

在在线质量控制环节,晶圆级自动化检测发挥着重要作用,它能在封装之前就精准识别出有缺陷的 MEMS 压力传感器薄膜单元,进而有效减少废品率,节约生产成本。

薄膜厚度、膜层及涂层厚度测量