Messung lateraler Schwingungen in Vollsilizium-Lautsprechern

Dieser Anwendungshinweis zeigt, wie das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct die Charakterisierung lateraler Schwingungen in gekapselten Vollsilizium-MEMS-Lautsprechern ermöglicht. Durch die Kombination infrarot-konfokaler Mikroskopie mit nicht-interferometrischen Messmodi – wie Messerkantenanalyse und stroboskopischer Analyse – können laterale Auslenkungen bis hinunter zu 20 nm visualisiert und quantifiziert werden. Dieser Ansatz überwindet die Einschränkungen konventioneller Vibrometrie für In-Plane-Bewegungen in MEMS-Bauelementen mit Siliziumgehäuse.

Problem

Vollsilizium-MEMS-Lautsprecher, die als Alternative zu herkömmlichen spulenbasierten Designs entwickelt wurden, erzeugen laterale (In-Plane-)Schwingungen, die in einem Siliziumgehäuse eingeschlossen sind. Dadurch sind sie für Standard-Vibrometriewerkzeuge unzugänglich, die für Out-of-Plane-Bewegungen und transparente Oberflächen optimiert sind.

Lösung

Das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct ermöglicht mit einem 1550-nm-Infrarotlaser die konfokale Bildgebung durch Siliziumschichten. Es bietet spezialisierte nicht-interferometrische Messmodi, um laterale Schwingungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu detektieren und zu analysieren.

Umsetzung

• Messerkanten-Punktmessung: Der Laser wird an der Aktuatorkante positioniert; die laterale Bewegung moduliert das reflektierte Licht und macht Schwingungsfrequenzen und Resonanzen sichtbar.

• Messerkanten-Bildgebung: Der Aktuator wird gescannt, um mithilfe eines digitalen Lock-in-Verstärkers räumliche Karten von Amplitude und Phase zu erstellen.

• Stroboskopische Analyse: Erfasst Bildsequenzen, die mit dem Anregungssignal synchronisiert sind. Ein Motion-Tracking-Algorithmus quantifiziert anschließend Auslenkungen bis hinunter zu ~20 nm.

Ergebnisse

• Resonanzspitzen wurden deutlich bei etwa 60 kHz beobachtet.

• Die Messerkanten-Bildgebung zeigte detaillierte Bewegungsmuster angesteuerter Aktuatoren.

• Die stroboskopische Bildgebung bestätigte harmonische laterale Bewegungen und lieferte quantitative Auslenkungsdaten.

Zusammen ermöglichen diese Methoden eine präzise Analyse lateraler Schwingungen gekapselter MEMS-Bauelemente, ergänzen die Out-of-Plane-Interferometrie und überwinden konventionelle messtechnische Einschränkungen.