使用飛納電鏡對 3D 打印金屬微彈簧進行原位電性能測試！

微機電系統(tǒng)（MEMS）和許多其他微尺度電子元件都需要精細操作和電性能探測。這些元件的分析在從學術(shù)研究到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制的多個領(lǐng)域中具有重要意義。在這些情況下，通常需要在最短的時間內(nèi)獲得最佳結(jié)果。在本篇應(yīng)用介紹中，展示了在飛納臺式掃描電鏡（SEM）中進行微觀表征和原位電性能探針測試的新方法，該方法能夠快速、精確地表征微尺度物件。

01 3D 打印微彈簧  和掃描電鏡微觀表征

Exaddon 提供增材微加工技術(shù)（µAM），用于生產(chǎn)具有優(yōu)良材料性能的微尺度組件，如微彈簧。這些微彈簧有多種用途，包括用作探針陣列的接觸點。Exaddon CERES µAM 系統(tǒng)能夠通過局部電沉積直接在芯片表面打印具有復雜幾何形狀的金屬物體。通過這種方法，陣列中的每個彈簧可以得到不同的圈數(shù)、垂直間距和螺距。

本篇應(yīng)用中，CERES µAM 系統(tǒng)被用在銅基板上 3D 打印微尺度銅彈簧。所制得彈簧高 90 微米，半徑 10 微米；金屬彈簧絲的直徑小于 4 微米。表 1 總結(jié)了該微彈簧的物理性能和關(guān)鍵尺寸信息。

圖1. 由 Exaddon CERES μAM 系統(tǒng) 3D 打印的微彈簧，與 Imina Technologies miBot 探針接觸。(飛納臺式掃描電鏡 Phenom XL G2 拍攝）

02 在飛納電鏡中對微彈簧進行原位電性能測試

為了表征其電氣和物理特性，將 3D 打印的銅微彈簧放入飛納臺式掃描電鏡大倉室 Phenom XL G2 中，并配備了來自 Imina Technologies 的集成原位電性能探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 3 個 Imina Technologies miBot™ 探針組成，能夠自由移動并連接到顯微鏡外部的電控單元。電性能探測、數(shù)據(jù)收集和結(jié)果導出都可以通過 Imina Technologies Precisio™ 軟件進行管理。

圖2. 放置在飛納電鏡樣品臺上的 Imina Technologies miBot 探針

飛納臺式大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 集成的光學導航相機有助于 miBot 探針快速定位和接觸樣品。優(yōu)于 8nm 的分辨率，可以快速高清成像使探針準確落在彈簧的接觸區(qū)域（約 15 微米），并實時觀察其變形情況。

圖3. 使用飛納臺式掃描電鏡 Phenom XL G2 對微彈簧進行 SEM 的實時成像

為了表征微彈簧，將 miBot 探針放置在彈簧的接觸區(qū)域，另一探針接觸基板。當?shù)谝粋€探針逐漸壓縮微彈簧時，記錄其 I/V 特性。該配置輕松測量了微彈簧的導電性，并確定了形成良好電接觸所需的變形量。

本應(yīng)用結(jié)合了 Exaddon、Imina Technologies  和飛納電鏡在銅微彈簧的生產(chǎn)、表征和成像方面的專業(yè)知識。Exaddon 提供了高質(zhì)量的 3D 打印微彈簧，隨后利用 Imina Technologies 的原位電性能探測系統(tǒng)進行了表征。整個實驗在飛納臺式大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 內(nèi)進行，可以對樣品進行快速導航，并且能夠?qū)ξ椈蛇M行高分辨率 SEM 成像。