圖6 相對濕度對表面互作用能的影響

粘附引起器件失效的現(xiàn)象普遍存在。它是指兩個光滑表面相接觸時，在表面力的作用下彼此粘連在一起的現(xiàn)象。這里所指的表面力可以是范德華瓦爾斯力、表面張力、毛細管力、靜電吸附力等。研究表明，對于疏水表面，起主導作用的粘附力是范德華瓦爾斯力。范德華瓦爾斯力引起的粘附發(fā)生于兩接近的平面，而非接觸的表面，并隨著間距平方的變化急劇變化。而在腐蝕釋放結構后的烘干工藝過程中，毛細管力起著主要作用。

在MEMS的加工和工作過程中，微懸臂梁等機械可動件因相對運動使器件中的間隙處于微米/納米量級時，就會產生粘附問題。粘附一般可分為釋放有關粘附和使用中粘附。

釋放有關粘附是指用氫氟酸腐蝕犧牲層、釋放多晶硅微結構、干燥時，由于硅片表面薄層水的表面張力使兩片親水、間隙在微米/納米數(shù)量級的硅片粘合。

在體硅溶片工藝和各種表面工藝中，當水或其他液體烘干揮發(fā)時，會因為表面張力的作用使兩個相鄰的表面有彼此靠近甚至相互接觸的趨勢。因此，這里的粘附與水有關，器件受濕影響，粘附功隨濕度增加而增加。解決釋放有關粘附可以采用絕緣薄膜作抗粘合薄膜，同時要采用氣密性封裝，并且能防潮和防止微粒玷污。但是絕緣膜靜電積累有可能引起因靜電或分子間引力而粘合。

除了水的表面張力外，硅表面的化學狀態(tài)對微結構間的粘合程度也有很大影響：表面氧化層厚度大、水接觸角小、梁分開長度短、粘合功大，就容易粘合；反之，就不易發(fā)生粘附現(xiàn)象。

使用中粘附就是一種因為硅表面的化學狀態(tài)引起的粘合現(xiàn)象，它發(fā)生在器件封裝之后，當輸入信號過沖（受到外力沖擊或致動力）時，由于硅片表面的化學狀態(tài)使硅片發(fā)生粘合。

粘附問題的解決

早期減少粘附的方法是使表面粗糙化，以減少實際的接觸面積。具體的方法有：長一層熱氧化層，再干法腐蝕?，F(xiàn)在，一般采用的方法如下

1） 無黏附設計

在機械元件的底部或邊上設計紋膜結構。這樣就減少了接觸面積與粘附力。

2） 超臨界烘干

在結構釋放工藝過程中采用超臨界烘干可減少粘附的影響。但是這種方法也存在問題：在結構釋放、沖擊、振動等環(huán)境條件下的粘附減少了，但是，在平常工作的條件下，機械元件可能會相互接觸并黏附于一起，因此仍然存在失效。

3） 疏水表面單層

表面單層可用于降低表面的粘附力。SAM覆蓋膜通過提供一層鈍化層來降低表面黏附能量。

3 結論

分析了在溫度、濕度、振動應力條件下，微加速度計發(fā)生斷裂和粘附的失效機理，在這三種應力條件同時施加下使缺陷加速暴露出來，縮短了試驗時間。在溫度、濕度、振動三種應力下是否還有新的失效模式產生還有待研究。