本文關(guān)鍵詞：MEMS器件分層失效的強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)研究

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【摘要】：MEMS器件應(yīng)用前景廣闊,其可靠性問(wèn)題引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視。硅基底多層結(jié)構(gòu)是MEMS器件的重要組成部分,其特性將直接影響MEMS的可靠性。分層失效是MEMS的典型失效模式之一,然而環(huán)境應(yīng)力對(duì)其影響機(jī)理尚不明確,也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)方法。本文將可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)引入MEMS領(lǐng)域,研究MEMS的分層失效機(jī)理,建立其可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的溫度、振動(dòng)和沖擊單應(yīng)力剖面。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.對(duì)硅微結(jié)構(gòu)的分層失效進(jìn)行分析。提出了硅-玻璃鍵合中存在的問(wèn)題,建立了環(huán)境應(yīng)力與失效模式的關(guān)聯(lián)矩陣,確定了強(qiáng)化試驗(yàn)應(yīng)力。2.建立硅微結(jié)構(gòu)溫度循環(huán)強(qiáng)化試驗(yàn)剖面。建立了溫度循環(huán)載荷對(duì)層狀結(jié)構(gòu)影響的數(shù)學(xué)模型,仿真分析了溫度循環(huán)載荷下正應(yīng)力、剪切力、剝離應(yīng)力的分布,研究了分層失效規(guī)律,最后開(kāi)展了試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。3.建立硅微結(jié)構(gòu)振動(dòng)強(qiáng)化試驗(yàn)剖面。建立了硅微層狀結(jié)構(gòu)在振動(dòng)載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型,探討了層狀結(jié)構(gòu)在振動(dòng)載荷下的分層和疲勞失效機(jī)理,開(kāi)展了硅微結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。4.建立硅微結(jié)構(gòu)沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)剖面。分析了硅微結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的運(yùn)動(dòng)特性,仿真了沖擊下應(yīng)力分布,開(kāi)展試驗(yàn),將不同試驗(yàn)樣本失效情況進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)了環(huán)境應(yīng)力對(duì)硅微結(jié)構(gòu)的疲勞累積效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：硅微結(jié)構(gòu) 分層失效 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn) 有限元仿真 環(huán)境應(yīng)力 MEMS
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH-39
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 課題背景與意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-23
• 1.2.1 硅微結(jié)構(gòu)分層失效研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.2 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3 研究思路與結(jié)構(gòu)安排23-26
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容與思路23-25
• 1.3.2 內(nèi)容安排25-26
• 第二章 MEMS結(jié)構(gòu)分層失效機(jī)理與影響因素分析26-37
• 2.1 研究對(duì)象的確定與特性分析26-28
• 2.1.1 研究對(duì)象的確定26-27
• 2.1.2 機(jī)械性能測(cè)試27-28
• 2.2 加工工藝28-30
• 2.2.1 陽(yáng)極鍵合28-29
• 2.2.2 加工過(guò)程29
• 2.2.3 加工過(guò)程中存在的問(wèn)題及其對(duì)性能的影響29-30
• 2.3 層間結(jié)合強(qiáng)度的分析30-31
• 2.3.1 層間結(jié)合機(jī)理30-31
• 2.3.2 影響層間結(jié)合強(qiáng)度的因素31
• 2.4 環(huán)境應(yīng)力的影響機(jī)理與的確定31-35
• 2.4.1 溫度對(duì)分層失效的影響機(jī)理31-33
• 2.4.2 振動(dòng)對(duì)分層失效的影響機(jī)理33-34
• 2.4.3 沖擊對(duì)分層失效的影響機(jī)理34-35
• 2.4.4 環(huán)境應(yīng)力的確定35
• 2.5 減少分層失效的方法35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 MEMS結(jié)構(gòu)分層失效的溫度循環(huán)強(qiáng)化試驗(yàn)37-47
• 3.1 溫度強(qiáng)化試驗(yàn)剖面的建立37-39
• 3.1.1 剖面參數(shù)的確定37-39
• 3.1.2 溫度循環(huán)試驗(yàn)剖面39
• 3.2 有限元仿真分析39-42
• 3.2.1 仿真平臺(tái)39
• 3.2.2 熱 -機(jī)械耦合理論39-40
• 3.2.3 有限元模型的建立40-41
• 3.2.4 強(qiáng)化試驗(yàn)有限元仿真41-42
• 3.3 溫度試驗(yàn)42-45
• 3.3.1 材料與試樣42
• 3.3.2 試驗(yàn)設(shè)備與程序42-44
• 3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 MEMS結(jié)構(gòu)分層失效的振動(dòng)強(qiáng)化試驗(yàn)47-56
• 4.1 振動(dòng)強(qiáng)化試驗(yàn)剖面的建立47-49
• 4.1.1 剖面參數(shù)的確定47-48
• 4.1.2 振動(dòng)試驗(yàn)剖面48-49
• 4.2 振動(dòng)載荷下的動(dòng)態(tài)特性分析與仿真49-53
• 4.2.1 振動(dòng)力學(xué)方程49-50
• 4.2.2 振動(dòng)載荷下的響應(yīng)分析50-53
• 4.3 振動(dòng)試驗(yàn)53-55
• 4.3.1 材料與試樣53
• 4.3.2 試驗(yàn)設(shè)備與程序53-54
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 MEMS結(jié)構(gòu)分層失效的沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)56-64
• 5.1 沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)剖面的建立56-57
• 5.1.1 剖面參數(shù)的確定56-57
• 5.1.2 沖擊試驗(yàn)剖面57
• 5.2 沖擊應(yīng)力分析57-59
• 5.2.1 層狀結(jié)構(gòu)在沖擊應(yīng)力下力學(xué)特性理論模型57-58
• 5.2.2 層狀結(jié)構(gòu)受沖擊應(yīng)力的力學(xué)特性有限元仿真58-59
• 5.3 跌落實(shí)驗(yàn)59-63
• 5.3.1 材料與試樣59-60
• 5.3.2 試驗(yàn)設(shè)備與程序60-62
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 主要研究結(jié)論64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果72

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