Optische Charakterisierung der Dynamik Si-verkapselter MEMS

Die Charakterisierung der Bauteildynamik von MEMS mittels Messung und Visualisierung des mechanischen Verhaltens gibt entscheidenden Einblick für die Produktentwicklung, die Fehlersuche sowie die Validierung von FE-Modellen. MSA Micro System Analyzer von Polytec sind dafür konzipiert schnell, hochgenau und optisch - also berührungsfrei die Out-of-Plane (OOP) und In-Plane Bewegung (IP) zu messen. Bislang war dies auf unverpackte, optisch zugängliche Mikrostrukturen beschränkt. Der Polytec MSA-650 IRIS Micro System Anlayzer ermöglicht nun sogar Messungen direkt durch die intakte Siliziumverkapselung hindurch wie z.B. bei verkapselten Intertialsensoren, MEMS-Mikrofonen, Drucksensoren und Weiteren.

Highlights

  • IR-Messkopf erfasst die MEMS-Dynamik durch verschiedene Schichten von Si-verkapselten Devices
  • Echtzeitmessung des Ansprechverhaltens senkrecht zu Bauteiliebene bis zu 25 MHz (keine Nachbearbeitung nötig)
  • Schwingweg senkrecht zur Bauteilebene hochaufgelöst bis in den Sub-Pikometer-Bereich messen
  • Verlässliche Messdaten zur FE-Modellvalidierung von MEMS im finalen (intakten) Zustand
  • Klare Trennung einzelner Bauteilschichten
  • Stroboskopische Videomikroskopie zur Messung von Bewegungen in der Ebene bis zu 2,5 MHz
  • Automatisierbar für die Produktionsumgebung, kompatibel mit Wafer Probe Stations

Klare Trennung einzelner MEMS-Bauteilebenen

Die vollumfassende optische Messlösung MSA-650 IRIS besteht aus Controller inkl. Funktionsgenerator mit zusätzlichen Referenzkanälen, einer leistungsstarken optischen PSV Scanning Software und einem patentierten Sensorkopf mit IR-optischen Design. Dank seiner IR-Kamera und einer kurzkohärenten SLD-Lichtquelle ist es das erste Schwingungsmessgerät, das ganze Bauteilschichten vollflächig durch Siliziumkappen hindurch und unter Betriebsbedingungen erfasst. Diese patentierte Interferometer-Technologie liefert hervorragende Datenqualität aufgrund der klaren Trennung der einzelnen Bauteilschichten.

Modaltest an siliziumgekapselten MEMS

Da Silizium im nahen Infrarotspektrum oberhalb einer Wellenlänge von 1050 nm transparent ist, eröffnet die zugrundeliegende IRIS-Technologie der interferometrischen Infrarot-Schwingungsmessung nun erstmals die Möglichkeit, gekapselte MEMS für aussagekräfitge Analysen heranzuziehen. Polytecs brandneue, patentierte und hochmoderne Interferometer-Technologie liefert höchste Datenqualität durch eine klare Trennung der einzelnen Bauteilschichten verkapselter Mikrosysteme. Mit einer dedizierten SWIR-Kamera und einer kurzkohärenten SLD-Quelle ist das MSA-650 IRIS das weltweit erste Messsystem mit dieser patentierten Technologie zur Visualisierung der Bauteildynamik, zur Messung von In-Plane-Schwingungen (in der Bauteilebene) mit einer Auflösung von bis zu 30 nm und von Out-of-Plane-Schwingungen (senkrecht zur Bauteilebene) in Echtzeit bis zu 25 MHz mit einer Auflösung im Pikometerbereich und darunter.

Die führende Technologie zur Schwingungsanalyse

Um die Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV) auf gekapselte MEMS anwenden zu können, lohnt eine Betrachtung der optischen Eigenschaften von Silizium. Während Silizium für sichtbares Licht undurchlässig ist, weist es im nahen Infrarotbereich ab etwa 1050 nm eine gute Transmission auf. Der hohe Brechnungsindex von 3,4 bei 1550 nm führt jedoch zu erheblichen Fresnell-Reflexionen an den durchleuchteten Grenzflächen.

Der von Polytec patentierte Ansatz verwendet kurzkohärentes Licht, um die Genauigkeit zu erhöhen. Im Gegensatz zu Laserlicht stört kurzkohärentes Licht aus einer Superlumineszenzdiode (SLD) nur, wenn die Lichtwege im Interferometer innerhalb der Kohärenzlänge der Quelle ausgeglichen sind. Dadurch wird Licht von außerhalb des Brennpunkts ausgeschlossen. Dieses Prinzip wird in Weißlichtinterferometern oder für die optische Kohärenztomographie genutzt und nun erstmals auch in der Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV). Es ermöglicht scannende LDV-Messungen mit 25 MHz Bandbreite und mit einer Amplitudenauflösung von 100 fm/√Hz auf verkapselten MEMS.

Zubehör

Optisches Zubehör

A-MOB-xxxx Hellfeldobjektive

Für Schwingungsmessung. Verfügbare Vergrößerungen: 2.5x, 5x, 10x, 20x, 50x.

Stative, Teststände, Verstelleinheiten

A-STD-TST-01 Portalstativ

Stativlösung mit besonders großem Arbeitsraum mit Motorisierter z-Achse, Verfahrweg 200 mm.

A-STD-BAS-02 Basisstativ

Stabile Stativlösung inklusive manuellem Fokussiertrieb mit Grob- und Feintrieb, Verfahrweg 100 mm. Kompatibel mit handelsüblichen optischen Tischen.

Focus block for microscopic observations and measurements of MEMS with a MSA Micro System Analyzer from Polytec
Focus block for microscopic observations and measurements of MEMS with a MSA Micro System Analyzer from Polytec

A-STD-F50 Fokusblock

Manuelle Fokussierung mit Grob- und Feintrieb, Verfahrweg 50 mm. Zur Ankopplung des Messkopfes an handelsübliche Wafer Probe Stations.

Schwingungsisolierung, Optische Tische

A-TAB-AIR-01 Aktiv schwingungsgedämpfter Tisch

Mit Luftdämpfung und aktiver Niveauregulierung. Passend für A-STD-TST-01 Portalstativ und A-STD-BAS-02 Basisstativ.

A-TAB-ELC-01 Aktiv schwingungsgedämpfter Tisch

Elektronisch geregelt für besonders hohe Anforderungen. Passend für A-STD-TST-01 Portalstativ und A-STD-BAS-02 Basisstativ.

Breadboard for optical testing of MEMS and microstructures with MSA Micro System Analyzers from Polytec
Breadboard for optical testing of MEMS and microstructures with MSA Micro System Analyzers from Polytec

A-BBO-ME02 Breadboard

Mit metrischen Gewindebohrungen. Grundfläche 900 mm x 600 mm. Passend für A-STD-BAS-02 Basisstativ.

Breadboard for optical MEMS testing with a MSA Micro System Analyzer from Polytec
Breadboard for optical MEMS testing with a MSA Micro System Analyzer from Polytec

A-AVI-MELA Aktiv gedämpftes Breadboard

Mit metrischen Gewindebohrungen. Elektronisch geregelt für besonders hohe Anforderungen. Grundfläche 600 mm x 800 mm. Passend für A-STD-BAS-02 Basisstativ.

Weiteres Zubehör

Probe station for wafer level testing of MEMS and microstructures with a Polytec MSA Micro System Analyzer
Probe station for wafer level testing of MEMS and microstructures with a Polytec MSA Micro System Analyzer

A-SPK-0008 Wafer-Prober-Modul

Das Wafer-Prober-Modul bildet zusammen mit dem XY-Positioniertisch A-PST-200P eine motorisierte Plattform für die elektrische Kontaktierung und hochpräzise Vermessung von Wafern und Substraten mit bis zu 200 mm Durchmesser.

Vaccuum chamber for microstructure analysis with Polytec MSA Micro System Analyzers
Vaccuum chamber for microstructure analysis with Polytec MSA Micro System Analyzers

A-SPK-0010 Vakuum-Prober-Modul

Vakuum- und Entlüftungsleitungen. Mikromanipulator für die Handhabung von vier elektrischen Prüfspitzen.


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