可動接觸電極4與回字彈簧3的橫梁二32的中心垂直相連。
[0042]所述固定接觸電極5的一端連接固設(shè)在絕緣襯底I水平上端面的固定電極錨區(qū)13，從而獲得支撐保持懸浮狀態(tài)；所述固定電極錨區(qū)13的上端面設(shè)置有測量焊盤130。
[0043]本發(fā)明的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，除了錨區(qū)一 11、錨區(qū)二 12和固定電極錨區(qū)13固設(shè)在絕緣襯底水平上端面，以及接地焊盤110、接電焊盤120和測量焊盤130固設(shè)在錨區(qū)11、12和13的上端面，其他部件均懸浮于絕緣襯底上端面正上方；其中，接地焊盤110、接電焊盤120和測量焊盤130均可以采用鋁或金等金屬材料制成，而構(gòu)成測量結(jié)構(gòu)主體的執(zhí)行梁21、熱臂一 221、熱臂二 222、回字彈簧3、可動接觸電極4和固定接觸電極5均采用多晶硅或砷化鎵等導電材料由表面微加工工藝制成。
[0044]采用本發(fā)明的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，進行同步測量的方法，包括以下步驟:
[0045]步驟1:加電熱脹后形成接觸；
[0046]將錨區(qū)一的接地焊盤接地、錨區(qū)二的接電焊盤接上電流，施加電流載荷后，接地焊盤和接電焊盤之間的熱臂一和熱臂二通電受熱；受熱膨脹后，熱臂一和熱臂二產(chǎn)生推動力，驅(qū)使V型熱執(zhí)行器的執(zhí)行梁、回字彈簧和可動接觸電極一起向固定接觸電極靠近，并使可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸。
[0047]步驟2:增大電流載荷，產(chǎn)生接觸力；
[0048]當可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸時，繼續(xù)增大電流載荷，可動接觸電極與固定接觸電極之間將產(chǎn)生接觸力，回字彈簧將發(fā)生形變；隨著電流載荷的增大，接觸力也會增大，回字彈簧的形變量也會增大。
[0049]步驟3:測量接觸電阻的大?。?br>[0050]在可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸并產(chǎn)生接觸力后，保持供應電流不變，通過測量接地焊盤和測量焊盤之間的電阻，獲取接觸電阻的大??；
[0051]與MEMS材料的接觸電阻相比，測量結(jié)構(gòu)的材料電阻可以忽略，因此通過測量接地焊盤和測量焊盤之間的電阻可近似等效為MEMS導電材料的接觸電阻，接觸電阻的測量精度由外接測量設(shè)備決定。
[0052]步驟4:測量接觸力的大小；
[0053]保持步驟3的供應電流不變，通過讀取發(fā)生形變的回字彈簧中的刻度結(jié)構(gòu)，得到回字彈簧的形變量，進而獲取與回字彈簧形變量成正比的接觸力大?。黄渲锌潭冉Y(jié)構(gòu)可使用顯微鏡讀??；接觸力的測量精度由回字彈簧的剛度及刻度結(jié)構(gòu)的刻度精度決定，采用回字彈簧結(jié)構(gòu)，可使微小的接觸力轉(zhuǎn)換為可視較大的刻度讀數(shù)，進而實現(xiàn)較高的測量精度。
[0054]步驟5:獲取不同電流下接觸電阻和接觸力的關(guān)系曲線；
[0055]通過施加不同電流，測量出不同電流下呈對應關(guān)系的接觸電阻和接觸力，并獲取接觸電阻和接觸力之間的關(guān)系曲線。
[0056]本發(fā)明的創(chuàng)新點在于，采用電熱驅(qū)動方式使可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸并產(chǎn)生接觸力，再進行接觸電阻和接觸力的同步測量，簡單易行、操作方便、測量速度較快且對測量儀器的要求低，而且還便于在線測試和高精度測試；測試結(jié)構(gòu)基于MEMS加工技術(shù)，在加工MEMS器件結(jié)構(gòu)時可作為陪片一并加工出來，無須專門制作，可降低生產(chǎn)成本，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、通用性強等優(yōu)點。
[0057]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于: 包括絕緣襯底，位于絕緣襯底水平上端面處于同一水平中心軸線依次分布的V型熱執(zhí)行器、回字彈簧、可動接觸電極和固定接觸電極；還包括設(shè)置在回字彈簧中用于讀取測試刻度的刻度結(jié)構(gòu)；所述可動接觸電極和固定接觸電極之間相隔初始狀態(tài)的測試間距； 所述V型熱執(zhí)行器、回字彈簧和可動接觸電極依次相連成一體、并通過支撐保持懸浮狀態(tài)；所述固定接觸電極通過支撐也保持懸浮狀態(tài)；所述V型熱執(zhí)行器、回字彈簧、可動接觸電極和固定接觸電極均采用同一種導電材料由表面微加工工藝制成； 所述V型熱執(zhí)行器通過施加電流受熱膨脹，驅(qū)使V型熱執(zhí)行器、回字彈簧和可動接觸電極一起向固定接觸電極靠近，使可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸并產(chǎn)生接觸力，用于進行導電材料的接觸電阻和接觸力同步測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述V型熱執(zhí)行器包括一根水平設(shè)置的執(zhí)行梁，水平設(shè)置并與執(zhí)行梁相交連接且成對設(shè)置至少一對的熱臂；所述熱臂包括熱臂一和熱臂二 ； 所述熱臂一和熱臂二與執(zhí)行梁軸線的相交夾角呈銳角、并以執(zhí)行梁軸線為中心呈對稱分布、形成V型，所述V型相交底端朝向回字彈簧；所述熱臂一和熱臂二的末端分別連接固設(shè)在絕緣襯底水平上端面的錨區(qū)一和錨區(qū)二，從而獲得支撐保持懸浮狀態(tài)； 所述錨區(qū)一和錨區(qū)二的上端面分別設(shè)置有接地焊盤和接電焊盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述回字彈簧包括相互平行的橫梁一和橫梁二，所述橫梁一和橫梁二的兩端頭均通過豎梁相連、形成閉合環(huán)；所述刻度結(jié)構(gòu)設(shè)置在閉合環(huán)中； 所述刻度結(jié)構(gòu)包括分別與橫梁一和橫梁二相連的刻度尺一和刻度尺二，所述刻度尺一與刻度尺二平行錯開、等高排列、末端零刻度初始對齊； 所述執(zhí)行梁軸長一端超出熱臂相交處后與回字彈簧的橫梁一的中心垂直相連、另一端為自由端；所述可動接觸電極與回字彈簧的橫梁二的中心垂直相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述固定接觸電極的一端連接固設(shè)在絕緣襯底水平上端面的固定電極錨區(qū)，從而獲得支撐保持懸浮狀態(tài)；所述固定電極錨區(qū)的上端面設(shè)置有測量焊盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述熱臂一和熱臂二、錨區(qū)一和錨區(qū)二、接地焊盤和接電焊盤的數(shù)量均成四對，均在執(zhí)行梁兩側(cè)等間隔分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導電材料為多晶硅或砷化鎵。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述接地焊盤、接電焊盤和測量焊盤均采用金屬材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬材料為鋁或金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:加電熱脹后形成接觸； 將錨區(qū)一的接地焊盤接地、錨區(qū)二的接電焊盤接上電流，施加電流載荷后，接地焊盤和接電焊盤之間的熱臂一和熱臂二通電受熱；受熱膨脹后，熱臂一和熱臂二產(chǎn)生推動力，驅(qū)使V型熱執(zhí)行器的執(zhí)行梁、回字彈簧和可動接觸電極一起向固定接觸電極靠近，并使可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸； 步驟2:增大電流載荷，產(chǎn)生接觸力； 當可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸時，繼續(xù)增大電流載荷，可動接觸電極與固定接觸電極的側(cè)面接觸將產(chǎn)生接觸力，回字彈簧將發(fā)生形變；隨著電流載荷的增大，接觸力也會增大，回字彈簧的形變量也會增大； 步驟3:測量接觸電阻的大小； 在可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸并產(chǎn)生接觸力后，保持供應電流不變，通過測量接地焊盤和測量焊盤之間的電阻，獲取接觸電阻的大??； 步驟4:測量接觸力的大??； 保持步驟3的供應電流不變，通過讀取發(fā)生形變的回字彈簧中的刻度結(jié)構(gòu)，得到回字彈簧的形變量，進而獲取與回字彈簧形變量成正比的接觸力大小； 步驟5:獲取不同電流下接觸電阻和接觸力的關(guān)系曲線； 通過施加不同電流，測量出不同電流下呈對應關(guān)系的接觸電阻和接觸力，并獲取接觸電阻和接觸力之間的關(guān)系曲線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MEMS材料的接觸電阻和接觸力同步測量結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底，懸浮于絕緣襯底上端面用同一種導電材料表面微加工制成的V型熱執(zhí)行器、回字彈簧、可動接觸電極和固定接觸電極，以及用于讀取測試刻度的刻度結(jié)構(gòu)；可動接觸電極和固定接觸電極之間相隔初始狀態(tài)的測試間距；通過施加電流受熱膨脹使V型熱執(zhí)行器、回字彈簧和可動接觸電極一起向固定接觸電極靠近，使可動接觸電極和固定接觸電極的相面對的側(cè)面接觸并產(chǎn)生接觸力，用于進行導電材料的接觸電阻和接觸力同步測量。采用電熱驅(qū)動方式，簡單易行、操作方便、測量速度較快，還便于在線測試和高精度測試；基于MEMS加工技術(shù)，可降低生產(chǎn)成本，結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、通用性強。
【IPC分類】G01L5-00, G01D21-02, B81B7-00, G01R27-16
【公開號】CN104567994
【申請?zhí)枴緾N201410790613
【發(fā)明人】劉海韻
【申請人】河海大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月18日