MEMS薄膜疲勞試驗裝置的設(shè)計與測試方法研究.pdf

1、本文根據(jù)靜電梳狀驅(qū)動器橫向驅(qū)動和平行板電容驅(qū)動器垂直驅(qū)動的特點,設(shè)計了四種可以通過標(biāo)準(zhǔn)體硅加工工藝制造的微機械多軸疲勞試驗裝置,并對其中的微機械扭轉(zhuǎn)疲勞試驗裝置進行了有限元模擬,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方法。通過該方法對MEMS單晶硅薄膜進行了靜拉伸試驗和疲勞試驗。通過對試驗結(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)合國外研究成果對

2、四種微機械疲勞試驗裝置進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。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量振動塊的振動幅度,根據(jù)測量結(jié)果由有限元方法間接計算試樣缺口根部所受的應(yīng)力應(yīng)變,由此來研究硅薄膜試樣的疲勞特性。 然后,通過理論分析和有限元分析兩種方法去預(yù)測扭轉(zhuǎn)疲勞試驗裝置的吸附電壓,并將所得結(jié)果進行對比,證明了兩種方法具有一致性。又通過對比試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果,證實了該理論分析方法的有效性,從而證實了有限元分析方法的有效性。因此,可以

3、通過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,充分參考了MMT-11N微機械疲勞試驗機的主要參數(shù),使用設(shè)計的掩模板采用標(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過程中,實現(xiàn)試樣的精確裝卡和對中,在此基礎(chǔ)上對MEMS單晶硅薄膜試樣進行了靜拉伸試驗和疲勞試驗,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。通過對所得試驗數(shù)據(jù)的分析獲得了M