微機電系統壓力感測器

微機電系統壓力感測器的表面特性分析,實現最佳品質與生產控制。深入探索微機電系統壓力感測器的測量技術。

壓力感測器的可靠三維特性分析

微機電系統(MEMS)壓力感測器是首批實現量產的微機電裝置之一,現今存在多種類型(例如相對壓力或絕對壓力測量),適用於不同應用場景,其中許多屬於安全關鍵型應用。壓力感測器廣泛應用於醫療與生物醫學領域、隔膜裝置、穿戴式裝置、診斷成像等眾多領域。

壓力感測器如何運作?

MEMS壓力感測器的基本工作原理在於將物理負載與壓力轉換為類比電訊號。壓力變化會導致壓力感測器薄膜形變,其電壓訊號與薄膜偏轉量成正比。為確保功能性與產品品質——尤其在安全關鍵應用中——對MEMS壓力感測器進行全面評估與特性分析至關重要。基於其尺寸與靈敏度特性,MEMS壓力感測器需採用非接觸式光學測試方法。

測量MEMS壓力感測器的三維地形圖

某些壓力感測器的性能相關參數無法透過電氣方式測量,因此業界需採用其他方法。其中一種方法是對纖薄且敏感的壓力感測器薄膜進行三維地形測量,包含薄膜厚度測量。TopMap 系列白光干涉儀的光學表面轮廓仪技術,能精確揭示壓力感測器薄膜在不同施加壓力下的形狀參數與曲率,從而避免不必要的應力,確保蝕刻製程如預期運作。 同時可測量壓力感測器薄膜上的電阻元件,藉此驗證並優化元件定位與固定效果。

MEMS壓力感測器平面表面輪廓(圖片來源:CIS)以2D/3D輪廓呈現。圖片來源:CiS微感測器研究所有限公司
具2.5倍放大倍率與顯微鏡測量的MEMS壓力感測器2D/3D剖面圖。CiS微感測器研究所有限公司
微機電系統壓力感測器特寫,用於表面形貌特性分析(圖片提供:CIS)。圖片提供:CiS微感測器研究所有限公司

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壓力感測器動態特性與性能測試

透過顯微鏡式雷射都卜勒振動計,可精確檢測MEMS壓力感測器薄膜的共振頻率與振動幅度。針對每種共振現象,皆能將薄膜的實際偏轉形狀與有限元素(FE)模擬預估的模態形狀進行比對。

當將振動計測量數據與有限元素模擬數據結合時,其相關性可協助確定邊界條件、厚度、剛度及應力等參數。Polytec的光學檢測解決方案能以低於1%的精度測量厚度僅300奈米的壓力感測器薄膜。

在線品質控制方面,晶圓級自動化技術有助於在封裝前檢測缺陷的MEMS壓力感測器薄膜單元,從而減少報廢率並節省成本。

Probe-station integrated measurement for dynamic characterization of MEMS pressure sensors on wafer-level

膜厚度、薄膜與層厚度測量

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