表面微加工懸臂梁在振動環(huán)境下的可靠性分析.pdf

1、MEMS可靠性問題是MEMS市場化的瓶頸，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的開發(fā)效率、成本和商業(yè)化進(jìn)程。振動可靠性是MEMS可靠性的一個(gè)重要方面，因?yàn)镸EMS器件的易碎性質(zhì)使其在外部振動環(huán)境下可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果：環(huán)境的振動既有可能使梁過度彎曲導(dǎo)致器件表面粘附或斷裂，而長期的環(huán)境振動造成結(jié)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動還可能導(dǎo)致疲勞失效的產(chǎn)生。目前國內(nèi)外對MEMS振動可靠性的研究尚不充分，人們對MEMS可靠性的研究仍然大多采用實(shí)驗(yàn)的方法，而從理論分析的角度來研究：MEM

2、S器件可靠性更是比較欠缺。因此，建立合理的數(shù)學(xué)模型，形成一套較完善的理論分析和研究方法米探討MEMS器件的振動可靠性，對于MEMS器件的合理設(shè)計(jì)具有特別重要的意義，因?yàn)槔碚撋项A(yù)測可靠性可以克服實(shí)驗(yàn)方法會延長開發(fā)時(shí)間和增加產(chǎn)品成本等缺點(diǎn)。 本文以MEMS器件的重要部分——表面加工多晶硅懸臂梁為例，從理論研究的角度，建立了MEMS振動可靠性的理論分析方法。 由于微懸臂梁的尺寸很小，它在振動過程中的受力情況和宏觀結(jié)構(gòu)有很大差別

3、，岡此，本文首先分析了懸臂梁在微觀情況下的受力情況，引入了阻尼力和粘附力對微懸臂梁振動的影響，對宏觀的彎曲振動方程進(jìn)行了修正，建立了微懸臂梁在振動過程中的數(shù)學(xué)模型，求解得到了微懸臂梁的動態(tài)響應(yīng)特性，如位移分布和應(yīng)力分布等。在動態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，分析了微懸臂梁的振動可靠性。根據(jù)梁的應(yīng)力分布以及多晶硅的斷裂強(qiáng)度和強(qiáng)度理論分析微懸臂梁的斷裂失效，得到了在一定的振動中梁的幾何尺寸與位移和應(yīng)力之間的關(guān)系，給出了一般的MEMS強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。