MEMS压力传感器三维表面轮廓图,展示膜片形变和结构应力分布,用于精确质量控制。

MEMS压力传感器

MEMS压力传感器的表面表征,以实现最佳质量与生产控制。进一步了解MEMS压力传感器的测量方法。

压力传感器的可靠三维表征

MEMS压力传感器是首批实现批量生产的微机电系统(MEMS)设备之一,如今已有多种类型(例如相对压力或绝对压力测量),适用于不同领域,其中许多应用涉及关键安全问题。压力传感器被广泛应用于医疗和生物医学领域、隔膜装置、可穿戴设备、诊断成像等众多领域。

压力传感器是如何工作的?

MEMS压力传感器的基本工作原理在于将物理载荷和压力转换为模拟电信号。压力的变化会导致压力传感器膜片发生形变,而电电压信号与膜片的挠度成正比。为了确保功能性和产品质量——特别是在安全关键型应用中——对MEMS压力传感器进行全面的评估和表征至关重要。鉴于其尺寸和灵敏度,MEMS压力传感器需要采用非接触式光学检测方法。

MEMS pressure sensor undergoing 3D surface topography and deflection shape analysis using SWIR camera imaging and laser measurement.

测量MEMS压力传感器的三维地形

压力传感器的一些与性能相关的参数无法通过电气方法测量,因此该行业不得不采用其他方法。其中一种方法是对薄而敏感的压力传感器膜进行3D形貌测量,包括膜厚测量。TopMap 系列白光干涉仪的光学表面轮廓仪能够精确揭示压力传感器膜在不同施加压力下的形状参数和曲率,从而避免产生不必要的应力,并确保蚀刻工艺按预期进行。 此外,还可以测量施加在压力传感器膜片上的电阻,以确认并优化其定位和固定情况。

MEMS压力传感器微观表面轮廓2D/3D彩色映射,展示传感器结构及厚度分布细节。
MEMS压力传感器的表面轮廓图(图片来源:CIS),以2D/3D轮廓形式呈现。图片来源:CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH
MEMS压力传感器二维三维轮廓图,显微镜下放大2.5倍,高精度表面形貌测量,适用于微机电系统质量控制。
MEMS压力传感器的2D/3D轮廓图,放大倍数为2.5倍,采用显微镜测量。CiS微传感器研究所有限公司
MEMS压力传感器表面三维形貌热图,展示微结构形变及高度分布,用于精准质量控制与性能优化。
用于表面形貌表征的MEMS压力传感器特写(图片来源:CIS)。图片来源:CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH

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压力传感器动态特性与性能测试

利用基于显微镜的激光多普勒振动测量技术,可以精确检测MEMS压力传感器振膜的共振频率和振幅。对于每个共振频率,均可将振膜的工作挠度形状与有限元(FE)仿真预测的模态形状进行对比。

将振动测量仪的测量数据与有限元(FE)仿真数据相结合,通过二者之间的相关性,可以确定边界条件、厚度、刚度和应力等参数。Polytec 的光学测试解决方案能够对厚度为300 nm的MEMS压力传感器膜片进行厚度测量,测量精度低于1%。

对于在线质量控制,晶圆级自动化有助于在封装前检测出有缺陷的MEMS压力传感器膜片单元,从而减少次品并节省成本。

MEMS压力传感器晶圆级测试,利用显微精密探针台实现高精度动态特性与膜厚测量,保障产品质量。
利用探针台集成测量技术对晶圆级MEMS压力传感器进行动态特性分析

膜厚度、薄膜及层厚测量

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