MEMS薄膜疲勞試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與測(cè)試方法研究.pdf

1、本文根據(jù)靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器橫向驅(qū)動(dòng)和平行板電容驅(qū)動(dòng)器垂直驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了四種可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體硅加工工藝制造的微機(jī)械多軸疲勞試驗(yàn)裝置,并對(duì)其中的微機(jī)械扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)裝置進(jìn)行了有限元模擬,得到了該裝置的安全工作電壓和最大應(yīng)力。此外本文還提出了一套MEMS單晶硅薄膜拉伸疲勞試驗(yàn)方法。通過(guò)該方法對(duì)MEMS單晶硅薄膜進(jìn)行了靜拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析,獲得了MEMS單晶硅薄膜的材料拉伸性能和疲勞特性參數(shù)。 首先,結(jié)合國(guó)外研究成果對(duì)

2、四種微機(jī)械疲勞試驗(yàn)裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這些裝置均基于諧振原理,由顯微鏡和電容式位移傳感器測(cè)量振動(dòng)塊的振動(dòng)幅度,根據(jù)測(cè)量結(jié)果由有限元方法間接計(jì)算試樣缺口根部所受的應(yīng)力應(yīng)變,由此來(lái)研究硅薄膜試樣的疲勞特性。 然后,通過(guò)理論分析和有限元分析兩種方法去預(yù)測(cè)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)裝置的吸附電壓,并將所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了兩種方法具有一致性。又通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果,證實(shí)了該理論分析方法的有效性,從而證實(shí)了有限元分析方法的有效性。因此,可以

3、通過(guò)有限元分析得到疲勞試樣應(yīng)力分布情況。 最后根據(jù)MEMS單晶硅薄膜拉伸疲勞試樣的設(shè)計(jì),充分參考了MMT-11N微機(jī)械疲勞試驗(yàn)機(jī)的主要參數(shù),使用設(shè)計(jì)的掩模板采用標(biāo)準(zhǔn)體硅加工工藝制造了MEMS疲勞試樣。在MEMS單晶硅薄膜拉伸疲勞試驗(yàn)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)試樣的精確裝卡和對(duì)中,在此基礎(chǔ)上對(duì)MEMS單晶硅薄膜試樣進(jìn)行了靜拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn),得到了靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線,S-N曲線,遲滯回線以及應(yīng)變隨壽命的變化曲線。通過(guò)對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析獲得了M