シリコンキャップ付きMEMSのレーザによる非接触振動測定

マイクロシステムアナライザ MSA-650 IRIS

シリコンキャップで封止されたMEMSの非接触振動測定

MEMS デバイスの動的特性を測定し、機械的な応答を可視化することは、製品開発やトラブルシューティング、FE モデルの検証において重要です。ポリテックの MSA マイクロシステムアナライザは、面外振動（OOP）や面内振動（IP）を高速かつ正確に非接触で測定します。これまでは、光学的にアクセス可能な梱包されていないデバイスに限られていました。しかし、ポリテックの MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザでは、慣性センサ、MEMS マイクロフォン、圧力センサなど、カプセル化されたマイクロデバイスのシリコンキャップを透過して測定することができます。

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特長

Siキャップデバイスの異なる層を通してMEMSダイナミクスを測定するIR機能
25MHzまでの面外応答をリアルタイムに測定（後処理なし）
サブピコメートルの面外変位分解能
パッケージ状態にあるMEMSのFEモデル検証をシンプル化
デバイスの各層に対する光学的に優れた分離性
2.5MHzまでの面内運動を測定するストロボビデオ顕微鏡
生産現場に適した自動化システム（プローブステーション対応）

デバイス各層を光学的に分離

MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザは、コントローラ、ファンクションジェネレータ、ソフトウェア、赤外線レーザを採用したセンサヘッドで構成されています。専用のIRカメラと低コヒーレンスSLD光源を搭載し、動作条件下でシリコンキャップを介してサンプル層全体を捉えることができる優れたスキャニング振動測定システムです。この特許取得済みの干渉計技術は、デバイス層の優れた分離性により、優れたデータ品質を実現します。

シリコン封止型MEMSのモーダルテスト

波長1050 nm以上の近赤外領域の光は、シリコンを透過するため、赤外線レーザを用いた振動測定は、カプセル化されたMEMSの検査を実現することができます。ポリテックの最新の干渉計技術は、特許を取得しており、MEMSデバイスの各層の分離に優れているため、最高のデータ品質を実現します。専用の SWIR カメラと低コヒーレンス SLD 光源を搭載した MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザは、この特許技術を採用した世界初の測定システムであり、面内振動（30 nm 分解能）、面外振動（最大25 MHz、ピコメータ以下の分解能）をリアルタイムに測定でき、シリコン封止型デバイスのダイナミクスを可視化できます。

2軸加速度計（FHG ENAS）のSWIRカメラ画像とスキャニングレーザドップラ振動計で取得した動作時の変形アニメーション

PMA(Planar motion analysis)による2軸加速度計 (FHG ENAS) の面内測定と50倍対物レンズによるカメラ画像

MSA-650 IRISシステムは、IRセンサーヘッド、ファンクションジェネレーターとDMSを含むフロントエンド、解析ソフトウェア、オプションのスタンドとXY位置決めステージで構成されています

Polytec MSA-650 IRIS integrated into a MPI probe stationポリテックMSA-650 IRISとMPI製プローブステーション

振動解析の最先端技術を駆使して

レーザドップラ振動計（LDV）を用いて封止されたMEMSを解析するためには、シリコンの光学特性を調べる必要があります。シリコンは、可視光に対しては不透明ですが、1050nm付近からの近赤外領域では良好な透過率を示すことが知られています。しかし、1550nmでの屈折率が約3.4と高いため、境界面でのフレネル反射が大きくなり、透過率に限界があります。

特許を取得したポリテックのアプローチは、短コヒーレント光を使用して精度を向上させることでした。レーザ光とは対照的に、スーパールミネッセンスダイオードからの低コヒーレント光は、干渉計内の光路が光源のコヒーレンス長内でバランスしている場合にのみ干渉します。これにより、焦点の外側からの光を排除することができます。この原理は、白色干渉計や光干渉断層計などに利用されていますが、今回、初めてレーザドップラ振動計（LDV）に採用されました。封止されたMEMS上で、25 MHzの帯域幅と100 fm/√Hzの振幅分解能を持つスキャニングレーザドップラ振動計による測定が可能になります。

異なる表面からの相対的なの強度寄与（左）と、異なる光学構成における反射源からの距離に応じた光強度（右）

Benefits

Detect hermetic seal failures before they become field failures

Catching hermetic seal failures early in the development and production cycle saves time, reduces costs, and protects your brand reputation. With MSA-650 IRIS, you can perform comprehensive mechanical quality assessment through intact silicon caps—from design verification to wafer-level screening—ensuring MEMS reliability before devices leave your facility.

Validate your mems design before production – not after failure

With MSA-650 IRIS, verify finite element models against real device behavior in fully encapsulated MEMS – without destructive decapping. Measure eigenmode shapes, resonance frequencies, and stress-induced shifts through intact silicon caps with picometer resolution. Catch design errors in weeks instead of months, reduce prototype iterations and achieve first-pass design success. Transform simulation from educated guesswork into confident prediction, saving development costs and accelerating time-to-market.

Know your true Q-factor – guarantee hermetic performance

MSA-650 IRIS delivers direct mechanical Q-factor measurements through silicon caps, revealing the actual damping and vacuum integrity that electrical tests cannot see. Detect packaging leaks within hours instead of months, distinguish mechanical Q from electrical artifacts, and establish quantitative acceptance criteria for hermetic sealing. Reduce field failures, eliminate costly reliability surprises, and provide objective quality metrics that protect brand reputation and regulatory compliance.

Eliminate packaging stress surprises – lock in frequency stability

MSA-650 IRIS reveals packaging-induced frequency shifts and stress distributions in real-time, enabling you to optimize die-attach materials, cure profiles, and assembly processes with quantitative feedback. Measure resonance frequency shifts caused by thermal stress, identify optimal adhesive thickness, and validate stress-isolation structures – all through intact silicon caps. Reduce frequency scatter, achieve specification compliance in first parts, and cut calibration costs by minimizing compensable drift.

Test smart at wafer level – ship only known-good devices

Integrate MSA-650 IRIS with your probe station for automated mechanical quality control – before packaging investment. Screen up to 100% of dies for resonance frequency, mode shape integrity, and Q-factor compliance in production-compatible cycle times. Detect silicon cap delamination, vacuum seal failures, and structural defects that electrical tests cannot see. Improve outgoing quality, reduce field returns, and protect your brand by shipping only mechanically validated devices.

Solve failures faster – see the root cause without destruction

MSA-650 IRIS enables non-destructive failure analysis of packaged MEMS through intact silicon caps, preserving evidence while revealing the mechanical root cause. Identify stuck resonators, quantify abnormal damping, detect cap delamination, and distinguish design failures from process excursions – all without decapsulation artifacts. Reduce failure investigation time, implement corrective actions based on real evidence, and demonstrate continuous improvement to customers and regulators with quantitative mechanical data.