文档介绍：北京工业大学
硕士学位论文
MEMS薄膜疲劳试验装置的设计与测试方法研究
姓名:贾冠华
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:尚德广
20080501
摘要的微机械扭转疲劳试验装置进行了有限元模拟,得至打该装置的安全工作电压和最大应力。此外本文还提出了一套单晶硅薄膜拉伸疲劳试验方法。通过该方法对单晶硅薄膜进行了静拉伸试验和疲劳试验。通过对试验结果的分析,获得了ゾЧ璞∧さ牟牧侠煨阅芎推@吞匦圆问首先,结合国外研究成果对四种微机械疲劳试验装置进行了结构设计。这些装置均基于谐振原理,由显微镜和电容式位移传感器测量振动块的振动幅度,根然后,通过理论分析和有限元分析两种方法去预测扭转疲劳试验装置的吸附电压,并将所得结果进行对比,证明了两种方法具有一致性。又通过对比试验结果与理论计算结果,证实了该理论分析方法的有效性,从而证实了有限元分析方微机械疲劳试验机的主要参数,使用设计的掩模板采用标准体硅加工工艺制造了疲劳试样。在单晶硅薄膜拉伸疲劳试验过程中,实现试样的精确装卡和对中,在此基础上对单晶硅薄膜试样进行了静拉伸试验和疲劳试验,得到了静拉伸应力应变曲线,撸僦突叵咭约坝Ρ渌媸倜谋浠线。通过对所得试验数据的分析获得了单晶硅薄膜的材料拉伸性能和疲有限元分析;材料性能;疲劳特性本文根据静电梳状驱动器横向驱动和平行板电容驱动器垂直驱动的特点,设计了四种可以通过标准体硅加工工艺制造的微机械多轴疲劳试验装置,并对其中据测量结果由有限元方法间接计算试样缺口根部所受的应力应变,由此来研究硅薄膜试样的疲劳特性。法的有效性。因此,可以通过有限元分析得到疲劳试样应力分布情况。最后根据单晶硅薄膜拉伸疲劳试样的设计,充分参考了劳特性参数。关键词匝榉椒ǎ疲劳;薄膜;静电驱动;
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导师签名:—日期:垄堕趔∥日签名:亟星至独创性声明日期:圣:互生互旦多日关于论文使用授权的说明究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑签名:本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构
第滦髀引言感、处理与执行融为一体,以提供一种或多种特定功能【俊T诠サ氖嗄昀铮微机械电子系统和相关的表面微机械加工技术已经从实验室的理论研究走向了商业化的批量产品生产。在这个快速创新的时代,大量的商业产品涌现在市场上。这些产品包括存储器,个人电脑的成相设备以及一些至关重要的传感器,比如医疗设备中的压力传感器,汽车安全气囊的加速度传感器用者的安全都有着至关重要的作用【俊R虼耍叵档組辜途眯院臀榷性的失效模型的研究将会成为这个逐渐成熟领域中最重要的一部分。在结构中使用最多的硅基薄膜属于脆性材料,而且具有脆性材料的基本特性,比如低的断裂强度和损伤容限。这些特性使硅被排除在传统宏观应用范围之外。这些年对结构陶瓷和金属化合物等脆性结构材料断裂强度的研究在迅速增多。研究的结果是,这些年出现了很多介绍如何增强这些材料断裂强度的文献岭5钦庑┭芯慷杂谠銮縈峁共牧系哪陀眯圆⒚挥衅鸬绞导的作用,因为在循环应力作用下,这些材料都会发生过早的失效【。由于硅薄膜的损伤容限苟狭押推@托阅直接影响到构件的可靠性和长期稳定性,因此,对于硅和多晶硅薄膜在高频载荷下的高周疲劳特性研究就变得十分功能构件主要有薄膜、细丝、微桥、齿轮和微轴承等【浚庑┕辜在工作中经常需要承受往复载荷的作用,因此了解微纳米机械疲劳特性对于提高产品的可靠性至关重要。不是传统机械的简单几何缩小,当构件细微到微纳米尺寸后,这些材料本身的力学、物理性质有显著变化,会出现强烈的尺寸效应、表面效应等【。试验研究表明,许多材料在微纳米状态下的失效机理与宏观状态相比已发生了本质上的改变,如原本属于脆性材料的硅在微尺度下会产生疲劳失效现象【以#鹗粑⒈∧ぴ谖⒛擅壮叨鹊钠@⒒档缱酉低常侵赣晒丶尺寸在亚微米至亚毫米范围内的电子和机械元件组成的微器件或系统,它将传熊【随着技术逐步迈向成熟,关键的两点变的更加清晰:杌∧と然是的主要结构材料【,以及使重要。寸●
疲劳损伤只是表面现象。緎【康热私ü璞∧さ钠@驮蚬榻嵛;涤疲劳特性研究进展疲劳现象的发现的疲劳机理产品缂铀俣却ǜ衅鳌⑽⑼勇菀