差分电容式应力测试装置以及MEMS器件的应力测试方法与流程

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种差分电容式应力测试装置以及一种mems器件的应力测试方法。

背景技术：

1、在mems器件及先进封装领域，残余应力可能导致结构弯曲变形、改变其刚度，进而影响器件的灵敏度、量程、谐振频率和品质因数，因此，残余应力是影响器件性能、可靠性、稳定性和良率的关键因素之一，在mems器件工艺监控与优化、封装及筛选过程中，应力检测具有至关重要的作用。

2、目前，针对mems器件的高精度应力测量方法主要有差分电容测量法、光学曲率法、x射线衍射法、拉曼光谱法及在片测量结构法等。其中，光学曲率法适用于薄膜应力的快速评估，但只能得到薄膜应力的平均值，无法精确表征局部应力；x射线衍射法和拉曼光谱法测量应力具有很高的精确度且能够测量局部应力情况，但无法表征低残余应力；在片测量结构法一般是将应力造成的微小形变放大，通过显微技术观测形变并计算残余应力，但该方法受限于观测精度；差分电容测量法虽能表征mems器件加工、封装过程中的应力，但在封装过程中由于电学因素的影响可能产生精度问题。

技术实现思路

1、本发明涉及一种差分电容式应力测试装置以及一种mems器件的应力测试方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

2、本发明涉及一种差分电容式应力测试装置，包括：

3、差分电容梳齿结构，包括相配合的检测动梳齿和检测定梳齿，所述检测动梳齿相对于所述检测定梳齿移动时，所述差分电容梳齿结构的差分电容值相应变化；

4、位移放大结构，所述位移放大结构具有输入端和输出端，所述输入端用于与应力测试点连接，所述输出端与所述检测动梳齿连接，所述输出端用于根据所述应力测试点的应力带动所述检测动梳齿相对于所述检测定梳齿移动。

5、作为实施方式之一，所述输入端包括用于分别与应力测试点连接的两个检测支梁，所述输出端包括检测主梁，所述检测主梁的梁端与所述检测动梳齿连接，两个检测支梁分别与所述检测主梁连接并且两个支梁连接点在所述检测主梁的周向及轴向上均错位分布。

6、作为实施方式之一，两个支梁连接点在所述检测主梁的周向上相对分布。

7、作为实施方式之一，两个检测支梁长度相同。

8、作为实施方式之一，所述检测支梁采用单晶硅材料制作而成。

9、作为实施方式之一，所述两个检测支梁与所述检测主梁一体成型。

10、作为实施方式之一，所述差分电容梳齿结构和所述位移放大结构均有两组，两组差分电容梳齿结构与两组位移放大结构一一对应配置。

11、作为实施方式之一，所述差分电容梳齿结构有两组，所述位移放大结构有两个输出端，两个输出端分别与两组差分电容梳齿结构的检测动梳齿连接。

12、作为实施方式之一，所述差分电容梳齿结构包括两组检测定梳齿，所述检测动梳齿与两组检测定梳齿所产生的电容变化相反。

13、本发明还涉及一种mems器件的应力测试方法，采用上述的差分电容式应力测试装置进行测试，其中，将所述位移放大结构的输入端与所述mems器件的应力测试点连接，检测所述差分电容梳齿结构的差分电容值，将所述差分电容值转化为所述应力测试点的应力值，或者采用所述差分电容值表征所述应力测试点的应力值。

14、本发明至少具有如下有益效果：

15、本发明采用位移放大结构与差分电容梳齿结构耦合，实现了在片测量结构法与差分电容法的融合，将传统在片测量结构法中需要依赖光学显微镜观测的微米级甚至亚微米级形变，放大为易于电学检测的梳齿位移，彻底摆脱了对高倍光学显微镜或扫描电子显微镜的依赖，大幅提高测试效率。而且，位移放大结构将微弱的应力形变放大为显著的梳齿位移，使电容变化信号远高于电学干扰的绝对水平，差分电容梳齿结构将残留的共模干扰（寄生、温度、噪声）从信号中剥离，因此，上述耦合结构实现了机械放大→电学差分的双域协同抗干扰，极大降低了对电学因素的敏感度。

1.一种差分电容式应力测试装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述输入端包括用于分别与应力测试点连接的两个检测支梁，所述输出端包括检测主梁，所述检测主梁的梁端与所述检测动梳齿连接，两个检测支梁分别与所述检测主梁连接并且两个支梁连接点在所述检测主梁的周向及轴向上均错位分布。

3.如权利要求2所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：两个支梁连接点在所述检测主梁的周向上相对分布。

4.如权利要求2所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：两个检测支梁长度相同。

5.如权利要求2所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述检测支梁采用单晶硅材料制作而成。

6.如权利要求2所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述两个检测支梁与所述检测主梁一体成型。

7.如权利要求1所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述差分电容梳齿结构和所述位移放大结构均有两组，两组差分电容梳齿结构与两组位移放大结构一一对应配置。

8.如权利要求1所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述差分电容梳齿结构有两组，所述位移放大结构有两个输出端，两个输出端分别与两组差分电容梳齿结构的检测动梳齿连接。

9.如权利要求1所述的差分电容式应力测试装置，其特征在于：所述差分电容梳齿结构包括两组检测定梳齿，所述检测动梳齿与两组检测定梳齿所产生的电容变化相反。

10.一种mems器件的应力测试方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的差分电容式应力测试装置进行测试，其中，将所述位移放大结构的输入端与所述mems器件的应力测试点连接，检测所述差分电容梳齿结构的差分电容值，将所述差分电容值转化为所述应力测试点的应力值，或者采用所述差分电容值表征所述应力测试点的应力值。