Capteurs fiables dans la micro technologie et la nanotechnologie

Effectuer une mesure MEMS précise directement sur un plateau

Le test du wafer avant la séparation des puces permet le tri des mauvaises matrices au début du processus de production, contribuant ainsi à maintenir des coûts de production bas des MEMS tout en maintenant des niveaux élevés de rendement et de qualité. Alors que les procédures d'essai électrique sont standard ici, certaines tâches sont nécessaires pour vérifier directement la fonction mécanique, généralement par mesure optique.

La technique de mesure optique de Polytec peut être intégrée en toute simplicité, sur presque tous les essais de wafer disponibles dans le commerce. Une station de diagnostic (semi) automatique combinée à un vibromètre laser à balayage sous microscope, par exemple l'analyseur de microstructures Polytec, permet d'effectuer une mesure précise et rapide du comportement dynamique de MEMS, directement sur le wafer. Vous obtenez ainsi un haut débit et disposez d'un outil essentiel de suivi du processus de production.

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Exemple d’utilisation :

Mesure du domaine temporel des commutateurs RF-MEMS au niveau du wafer

Vérification de prototypes MEMS pour l'optimisation du processus

Contrairement aux dispositifs semi-conducteurs purs, le développement d'un nouveau système micro électromécanique (MEMS) nécessite un nouveau processus de fabrication. Les composants de processus doivent être au moins révisés, en effet, de nos jours on ne peut pas encore accéder aux normes pour les nouveaux composants micro mécaniques, comme habituellement dans le développement de semi-conducteurs.

Afin qu'une pièce déterminée principalement par des propriétés mécaniques fonctionne correctement, outre la conception du système, une conception de processus optimisée est essentielle. La vérification d'un prototype permet de confirmer à la fois la conception et le processus de fabrication. Un système optique puissant est essentiel pour déterminer un comportement mécanique imprévisible et des modifications de modèle.

Afin que vous puissiez déterminer en toute fiabilité des propriétés modales MEMS, des fonctions de transfert, un amortissement physique et des modes de vibrations, un vibromètre laser Polytec est l'appareil adapté, par sa grande largeur de bande de fréquence, sa haute résolution latérale et son excellente résolution d'amplitude. L'analyse topographique reste cependant importante pour le développement des pièces et l'optimisation du processus. À partir de données de surface telles que les hauteurs de marche et autres dimensions, vous obtenez des informations précieuses sur les paramètres de processus actuels, afin de gérer en toute sécurité le processus de fabrication d'éléments MEMS.

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Exemple d’utilisation :

Microcapteur de débit intégré CMOS/MEMS

L'image illustre une caractérisation topographique réalisée à l'aide de l'unité de topographie MSA-500 de Polytec, d'un micro capteur de débit intégré CMOS/MEMS, conçu comme structure tridimensionnelle, via la technique Silicon-on-Insulator (SOI)

Caractériser en temps réel des transducteurs ultrasoniques

D-VWWRqFXl8Les transducteurs ultrasoniques conçus à partir de microstructures sont des conducteurs prometteurs pour l’usage médical, on distingue essentiellement les PMUT et les CMUT (Transducteurs Piézoélectriques Micro-usinés Ultrasoniques, ou Transducteurs Capacitifs Micro-usinés Ultrasoniques)

Par rapport aux éléments classiques, les CMUT possèdent leurs propres caractéristiques. La forme vibrante de la membrane permet de réduire l'impédance mécanique des transducteurs et d'améliorer le transfert d'énergie vers le milieu ambiant. En outre, la micro-fabrication permet de produire des CMUT en série à moindre coût grâce à la technique des semi-conducteurs. Le circuit semi-conducteur peut être directement intégré à la même puce afin de créer facilement, des configurations grand format 1D ou des configurations réseau complexes 2D.

Des procédés combinés sont souvent utilisés pour caractériser de nouveaux transducteurs ultrasoniques. Des simulations d'éléments finis décrivent le comportement du transducteur en tenant compte du milieu environnant. Les vibromètres laser sous microscope, comme l'analyseur de microstructures MSA de Polytec, permettent de mesurer les prototypes de nouveaux transducteurs afin de déterminer le comportement de transfert de la surface du transducteur sonore. Vous apprécierez la grande largeur de bande de fréquence et la capacité de traitement en temps réel qui permettent de mesurer avec précision et fiabilité, notamment des phénomènes transitoires.

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Exemple d’utilisation :

Mesure de CMUT

L'IMEC en Belgique a caractérisé à l'aide du MSA de Polytec un CMUT spécifique. En fonction des résultats, l’IMEC a déterminé le champ de pression spatial, sur un support de transmission, à l'aide du procédé intégral Rayleigh. Les résultats ont ensuite été confirmés avec des mesures hydrophones indépendantes.

Caractériser sans contact des SAW

En tant que composants électroniques fonctionnant par ondes acoustiques de surface (SAW), les filtres d'onde acoustique de surface font partie des filtres mécaniques. Par leurs propriétés bien pensées, adaptées à des utilisations haute fréquence, par exemple la téléphonie mobile, ils sont devenus indispensables. L'optimisation des propriétés micro acoustiques de la surface SAW constitue l'une des tâches principales du développement de nouveaux composants SAW.

La mesure d‘ondes de surface et leur représentation graphique impliquent des exigences spécifiques en termes de technique de mesure, en raison des hautes fréquences, des faibles trajets acoustiques et des petites amplitudes vibratoires. L'utilisation d'un vibromètre laser constitue l'une des rares solutions disponibles pour la mesure de vibrations sur de tels systèmes.

Le vibromètre laser Doppler de Polytec permet d'effectuer une caractérisation sans contact sur toutes les fréquences et pour une excitation à large bande. Les modes de vibrations sont visualisés astucieusement. Vous pouvez également analyser un comportement transitoire et de relâchement. Des propriétés telles que la caractéristique du filtre et les pertes de rendement (fuite) constituent des résultats importants.

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Exemple d’utilisation :

Outre leur utilisation comme filtre électronique, les SAW jouent un rôle important dans les applications micro fluidiques. Les SAW sont utilisés comme éléments ciblés, dans la manipulation de biomatériaux. Lors du développement de tels composants de laboratoire-sur-puce, la dynamique de surface est examinée, par rapport à la mesure sans contact, la largeur de bande de fréquence et la haute résolution, à l'aide de vibromètres haute fréquence, tels que l' UHF-120 de Polytec.

Analyser de manière précise et complète la micro mécanique

La possibilité d’intégrer directement des unités fonctionnelles microscopiques mécaniques à des composants électroniques semi-conducteurs, au niveau du silicium, a entraîné une multitude de capteurs et d'actionneurs micromécaniques et a fait le succès des MEMS et des microstrutures

La diversité des types de produits et des domaines d'application est impressionnante. À commencer par les microphones MEMS, les capteurs d'accélération et de vitesse de rotation pour appareils électroniques portatifs. Par ailleurs, pour des applications automobile et aérospatiale il existe une large gamme de micro-miroirs pour la manipulation de la lumière, des dispositifs de récolte d'énergie pour des systèmes autonomes et des microbalances pour les plus infimes quantités de substances. Et enfin, les transducteurs PMUT et CMUT pour créer des ultrasons dans le domaine de la technologie médicale et des éléments micro acoustiques tels que des SAW, mais également dans les applications de type laboratoire-sur-puce. Pour développer des composants MEMS de ce type, outre la technique de mesure électrique, la fonction mécanique directe doit être mesurée avec fiabilité et précision.

Les vibromètres monopoints ou à balayage sous microscope de Polytec permettent de saisir en 1D ou 3D les déformations de l'ordre du pm, les fonctions de transfert et les déformées opérationnelles avec une grande largeur de fréquence et la résolution latérale de l'ordre du µm ou du sous µm. L'analyseur de microstructures MSA permet de saisir également la topographie de votre microsystème.

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Exemple d’utilisation :

L'analyseur de microstructures MSA-100 3D permet de réaliser une mesure de vibrations de surface 3D avec résolution de trajectoire de l'ordre du pm pour des composants hors plan (OOP) et dans le plan (IP), sur un MEMS Cantilever.

Tester la fiabilité et la durée de vie des MEMS

Les capteurs et actionneurs MEMS sont des éléments fonctionnels clés sur de nombreux appareils/systèmes et ont de plus en plus souvent des fonctions relatives à la sécurité. Leur fiabilité doit être garantie tout au long de la durée de vie du produit et sous des conditions d'utilisation difficiles. Un composant MEMS est vérifié par rapport à l'excitation mécanique, les effets du rayonnement, de la température et de l'humidité ainsi que la contrainte de compression, par simulation environnementale et vieillissement accéléré dans des chambres à vide ou climatiques. Par rapport aux dispositifs semi-conducteurs traditionnels, les MEMS disposent de composants mobiles, micro mécaniques comme élément fonctionnel central. La mesure du comportement dynamique et mécanique constitue une tâche importante en matière de tests de fiabilité et de durée de vie des MEMS.

L'analyseur de microstructures Polytec propose un ensemble de modes de mesures pertinentes. Ce système très spécialisé dispose de lentilles spécifiques avec une distance d'utilisation suffisamment grande pour mesurer le comportement statique et dynamique de l'extérieur de la chambre d'essai.

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Exemple d’utilisation :

Mesures de vitesse sur MEMS dans la chambre à vide

L'effet de la pression ambiante sur les propriétés dynamiques d'un composant MEMS est mesuré à l'aide d'un MSA Polytec combiné à une chambre à vide ou une station d'essai de dépression pour des mesures au niveau du wafer.

Caractérisation de MEMS pour la biologie et la médecine

Microstructure CharacterizationLes microstructures constituent une technologie de base et transversale importante pour des applications médicales et biologiques de différent type. Son champ d'application s'étend des applications de laboratoire sur puce avec ondes de surface à haute fréquence pour le diagnostic médical rapide, aux microphones MEMS pour utilisation dans les prothèses auditives et aux transducteurs ultrasonores pour imagerie médicale basés sur des microstructures.

Misez sur la technique de mesure optique sous microscope, sans contact de Polytec pour déterminer la topographie de surface et la caractérisation dynamiques des capteurs et actionneurs MEMS. De plus, la mesure vibratoire sous microscope est utilisée pour le « transfert technologique » inspiré par la bionique du naturel vers des systèmes techniques, par exemple pour mesurer la biomécanique de la fonction auditive des insectes.

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Exemple d’utilisation :

Les transducteurs fabriqués par micro mécanique (PMUT, CMUT) améliorent les possibilités d'imagerie médicale 3D en temps réel (sonographie) dans des applications telles que l'IVUS (ultrasons intravasculaires) et l'écho cardiographie.

Afin de caractériser la micro mécanique de ces éléments transducteurs, la mesure doit être effectuée à hautes fréquences (~10 MHz) et avec une haute résolution spatiale (<1 μm). Les multiples possibilités de l'analyseur de microstructurePolytec fournissent ces informations avec une extrême précision, sans contact pour le développement de PMUT et CMUT.