2、微系统检测中的图像相关技术

微系统检测中的图像相关技术

1. 引言

随着微电子、微机电系统（MEMS）、传感器和光子学产品的迅速小型化，热机械可靠性面临新挑战。除了对产品及其组件进行加速测试外，数值有限元分析和变形测量方法也备受关注，它们有助于理解组件对环境和功能热机械载荷的响应，是先进可靠性研究的一部分。

制造、处理和控制微观及纳米级物体需要量化其几何、运动学和机械性能。虽然通过光学轮廓仪、原子力显微镜（AFM）等方法较易测量几何和尺寸数据，但运动学和机械表征对于微纳尺度的物体和设备仍是普遍难题。位移及其导数是描述运动学和机械性能的两个基本机械属性，目前只有少数方法能获取极小区域的量化场数据。

材料变形所定义的机械性能包括弹性材料属性（如杨氏模量、泊松比和热膨胀系数），以及描述塑性、粘弹性和粘塑性材料行为的参数。更复杂的材料性能，如断裂力学参数、损伤和疲劳模型，也与材料变形相关。MEMS技术中常用材料的可用数据并不完整，不同方法和制造工艺得到的材料性能可能差异显著，微纳技术中的尺寸效应也是一个严重问题。因此，微纳尺度物体的变形测量测试方法对微系统设备的未来发展具有重要价值。

过去，电子、MEMS和传感器领域应用了多种方法，如内置应力传感器、莫尔技术、数字图像相关（DIC）方法的应变测量、拉曼光谱应力分析和干涉工具等。新的发展使测量分辨率显著降低，使得DIC或莫尔技术能够使用更高分辨率的成像。在纳米技术前沿，大多数已发表的热和/或机械诱导变形场的实验研究是定性和半定量分析，或利用AFM地形扫描的表面轮廓。在已发表的定量方法中，莫尔和基于DIC的方法较为突出，二者都利用扫描力显微镜（SFM）或高分辨率扫描电子显微镜捕获的载荷状态图像。

AFM - 莫尔测量可进行单点位移