Pinnantunnistusanturin vikaantuminen MEMS elementtivalmistuksen sähköisessä karsintamit-tauksessa.

Abstract

Työn tavoitteena oli tutkia Murata Electronics Oy yrityksessä käytettävien testauslaitteiden pinnantunnistusanturin aiheuttamia vikatilanteita MEMS antureiden sähköisessä karsinta-mittauksessa ja kehittää ratkaisu ongelmaan. Työssä tutkittiin anturin kytkimen vian aiheuttajaa eri menetelmin. Mikroskoopin ja elektro-nimikroskoopin kuvat paljastivat kontaktilla huomattavaa kulumista. EDS-mittauksilla saatiin lisätietoa kontaktin pinnalla tapahtuvasta ilmiöstä, kun löydettiin pinnalta hiilijäämiä ja oksideja. Tehtiin myös useita sähköisiä mittauksia, joilla nähtiin kontaktin erotusvaiheessa jännitehäiriöitä. Tutkimusjulkaisuja vertailemalla huomattiin, että kyse oli reletekniikassa tutusta kontak-tieroosiosta. Kontaktien erotessa toisistaan syntyy kipinöintiä. Tämä tuottaa lämpöä, joka tuotti pinnalta löydetyt oksidi- ja hiilijäänteet. Tämän tutkimuksen perusteella anturin kytkimelle löydettiin merkittäviä parannusehdotuksia. Helposti oksidoituva Volframi (W) kytkimen materiaalina voitaisiin vaihtaa pinnoittamalla se jalometallilla, joka ei oksidoidu. Myös Volframi-Rhenium (WRe) näytti lupaavalta. Anturin kytkimen erotusvaiheessa tapahtuvaan kipinöintiin löydettiin parannus kytkemällä sen rinnalle RC-piiri ja näin suodattamalla nopeat sähköpurkaukset pois.

The purpose of this project was to study and find a solution for Murata Electronics Oy for their problem with malfunctioning surface detecting probes. These probes are used in MEMS manufacturing electrical qualifying measurement test devices. The root cause of the probes switching problem was studied in different ways. Microscopy and electron microscope images revealed significant erosion of the contacts. With further EDS measurements, more knowledge on the phenomenon happening on the surface was obtained by finding carbon residue and oxides. Electrical measurements were performed and they revealed voltage interference at the contact separation point. By comparing research publications it was found that the problem lies in contact erosion which is often the case in relay technology. At the contact separation an electrical arcing between the contacts occurs. This causes heat which was producing the carbon and oxide residue found on the surface of probes. As a result of this study, suggestions for significant improvements for the probes were in-troduced. Easily oxidized Tungsten (W) could be replaced with a coating of nobler metal to stop it from oxidizing. Tungsten-rhenium (WRe) also looked promising. Arcing found in the probe contacts was solved by attaching a RC-circuit network and filtering them away.