發(fā)布時(shí)間：2018-10-26 12:03

【摘要】：硅是微電子機(jī)械系統(tǒng)(簡稱微機(jī)電系統(tǒng))中最常見的功能結(jié)構(gòu)材料,可靠性是制約硅微構(gòu)件小尺度加工和大規(guī)模制造的瓶頸問題.為研究硅微構(gòu)件的力學(xué)特性,本文開發(fā)了一套以壓電驅(qū)動(dòng)、微力測(cè)量、位移檢測(cè)為核心組件的片外測(cè)試系統(tǒng).設(shè)計(jì)了一種將四個(gè)彎曲測(cè)試梁集于一體的微結(jié)構(gòu),借助有限元方法確定其尺寸,并用理論方法驗(yàn)證有限元分析的合理性.本文著重確保了四個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo):一、每根測(cè)試梁最大應(yīng)力應(yīng)位于其與外框架結(jié)合處;二、未斷裂測(cè)試梁的最大應(yīng)力受其他梁的斷裂的影響應(yīng)足夠小;三、各個(gè)測(cè)試梁的最大應(yīng)力的差別應(yīng)足夠小;四、支撐梁的最大應(yīng)力應(yīng)明顯小于測(cè)試梁.最后測(cè)試了試樣的彎曲強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)加載曲線和有限元分析基本吻合,表明測(cè)試裝置和試樣設(shè)計(jì)是合理的,為后續(xù)的硅微構(gòu)件可靠性測(cè)試奠定了基礎(chǔ).
[Abstract]:Silicon is the most common functional structural material in microelectromechanical systems (MEMS). Reliability is the bottleneck of small-scale machining and large-scale manufacturing of silicon micro-components. In order to study the mechanical properties of silicon microstructures, an off-chip testing system with piezoelectric actuation, micro-force measurement and displacement detection is developed. In this paper, a kind of micro-structure which integrates four bending test beams is designed, and its size is determined by means of finite element method, and the rationality of finite element analysis is verified by theoretical method. In this paper, four key design objectives are emphasized: first, the maximum stress of each test beam should be located at its joint with the outer frame; second, the maximum stress of the non-fracture test beam should be sufficiently small to be affected by the fracture of other beams. Third, the difference of the maximum stress of each test beam should be small enough, and fourth, the maximum stress of the braced beam should be obviously smaller than that of the test beam. Finally, the bending strength of the specimen is tested, and the experimental loading curve is in good agreement with the finite element analysis, which shows that the testing device and the sample design are reasonable, which lays a foundation for the reliability test of the silicon microstructures.
【作者單位】： 南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院;
【基金】：江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級(jí)課題(JXJG-14-28-10,JXJG-15-30-3)
【分類號(hào)】：TH-39

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 王殊尋;鄧沛然;曹陽根;蘇鈺;李二玲;;304不銹鋼熱拉伸實(shí)驗(yàn)的組織和性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2014年12期

2 劉彬;陶俊勇;張?jiān)瓢?陳循;王曉晶;;雜質(zhì)磷對(duì)單晶硅微結(jié)構(gòu)疲勞特性的影響——基于Paris公式的分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年24期

3 韓光平;劉凱;王秀紅;;單晶硅微橋式梁力學(xué)性能的彎曲測(cè)試[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2006年02期

4 張?zhí)┤A,楊業(yè)敏,趙亞溥,白以龍;MEMS材料力學(xué)性能的測(cè)試技術(shù)[J];力學(xué)進(jìn)展;2002年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 黃玉波;MEMS力學(xué)特性測(cè)試及可靠性分析中若干關(guān)鍵問題的研究[D];天津大學(xué);2008年

2 韓光平;微電子機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)性能及尺寸效應(yīng)研究[D];西安理工大學(xué);2006年

3 王洪喜;微結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動(dòng)特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

4 郭彤;基于顯微干涉術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法與系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2004年

5 賈智;微電子機(jī)械系統(tǒng)中新型電磁微電機(jī)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 劉彬;雜質(zhì)磷對(duì)單晶硅微結(jié)構(gòu)疲勞特性的影響[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

2 高馳名;硅微機(jī)械加速度計(jì)零位偏移的影響因素研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

3 湯忠斌;微電子機(jī)械系統(tǒng)材料力學(xué)性能測(cè)試方法的研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2004年

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮永平;羅華云;;微結(jié)構(gòu)片外彎曲測(cè)試裝置及試樣設(shè)計(jì)[J];力學(xué)季刊;2016年02期

2 田野;李萍;王久林;薛克敏;林泉;;高壓扭轉(zhuǎn)壓力對(duì)304不銹鋼組織及性能影響[J];塑性工程學(xué)報(bào);2016年02期

3 趙宏偉;董曉龍;張霖;胡曉利;;塊體材料彈性模量的四點(diǎn)彎曲自動(dòng)測(cè)試[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2016年01期

4 張婷;何娟;任瑛;鄒文俊;;類金剛石薄膜殘余應(yīng)力的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2016年01期

5 張濤;張鋒偉;戴飛;張雪坤;張克平;趙武云;;基于壓痕加載曲線的谷物籽粒物理特性試驗(yàn)與仿真[J];麥類作物學(xué)報(bào);2015年04期

6 黃健萌;陳晶晶;;單晶銅納米黏著接觸與分離過程的接觸力分析[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2015年02期

7 馬堯;董曉龍;李澤君;沈林;趙宏偉;;不同接觸零點(diǎn)對(duì)納米壓痕測(cè)試影響的有限元解析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2014年05期

8 閆亞賓;北村隆行;澄川貴志;;基于FIB和TEM的納米材料中界面分層破壞的實(shí)驗(yàn)方法研究與應(yīng)用[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2014年06期

9 黃健萌;陳晶晶;;分子動(dòng)力學(xué)在微/納尺度接觸問題上的應(yīng)用[J];中國工程機(jī)械學(xué)報(bào);2014年03期

10 張國慶;褚金奎;高佳麗;;微拉伸測(cè)試系統(tǒng)中PZT微驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2013年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 汪為民;表面工藝靜電驅(qū)動(dòng)MEMS變形鏡關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 劉雙杰;引信用MEMS慣性開關(guān)技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2013年

3 佘東生;高、低溫環(huán)境下典型微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性及測(cè)試技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 王雄;搖擺質(zhì)量微陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 張慧;非平膜電容式微型超聲波傳感器研究[D];天津大學(xué);2010年

6 趙劍;基于雙穩(wěn)態(tài)特性的加速度開關(guān)研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

7 王衛(wèi)東;面向MEMS設(shè)計(jì)的微流體流動(dòng)特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 童丁媛;304不銹鋼薄板微塑性成形行為實(shí)驗(yàn)研究[D];河北工程大學(xué);2015年

2 文一青;小型加速度計(jì)全數(shù)字讀出電路設(shè)計(jì)與研究[D];長沙理工大學(xué);2014年

3 楊輝;硅的氧化層及電容邊緣效應(yīng)對(duì)微加速度計(jì)性能的影響[D];電子科技大學(xué);2014年

4 樓進(jìn)峰;MEMS電容式傳感器的批量標(biāo)定方法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

5 何江波;支撐梁有誤差的力平衡式微加速度計(jì)性能研究[D];西南交通大學(xué);2011年

6 王慧敏;微沖壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 馬冬莉;3003鋁合金微圓筒拉深成形研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 喇培清;孟倩;撒興瑞;周毛熊;魏玉鵬;盧學(xué)峰;;高鋁304不銹鋼熱軋態(tài)的顯微組織和力學(xué)性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2014年06期

2 孟慶當(dāng);李河宗;董湘懷;彭芳;王倩;;304不銹鋼薄板微塑性成形尺寸效應(yīng)的研究[J];中國機(jī)械工程;2013年02期

3 譚威;王宇順;;304奧氏體不銹鋼的高溫拉伸行為和形變組織研究[J];中國鑄造裝備與技術(shù);2012年02期

4 楊釩;黃建龍;;304奧氏體不銹鋼應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的研究[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2012年03期

5 Josip Brnic;Ji-tai Niu;Goran Turkalj;Marko Canadija;Domagoj Lanc;;Experimental determination of mechanical properties and short-time creep of AISI 304 stainless steel at elevated temperatures[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2010年01期

6 孟亞惠;季根順;樊丁;張建斌;;不銹鋼高溫組織與高溫力學(xué)性能研究進(jìn)展[J];熱加工工藝;2009年04期

7 韓光平,劉凱,褚金奎;MEMS尺寸效應(yīng)的分析模型及應(yīng)用[J];中國機(jī)械工程;2004年07期

8 韓光平,劉凱,褚金奎;微電子機(jī)械系統(tǒng)尺寸效應(yīng)的泛函分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2004年02期

9 張?zhí)┤A,楊業(yè)敏;納米硬度技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J];力學(xué)進(jìn)展;2002年03期

10 張?zhí)┤A,楊業(yè)敏;納米硬度計(jì)及其在微機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2002年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 李朝輝;基于相移干涉法的微表面輪廓儀的研究[D];天津大學(xué);2004年

2 宗登剛;微機(jī)械材料力學(xué)性能測(cè)量[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2003年

3 惠梅;表面微觀形貌測(cè)量中相移干涉術(shù)的算法與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所;2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 卜巾晏;MEMS材料力學(xué)性能測(cè)試裝置研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2009年

2 侯志武;微構(gòu)件拉伸測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2008年

3 沈洪源;微構(gòu)件力學(xué)性能片外拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置研究[D];大連理工大學(xué);2006年

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 耿朝雷;;鋼鐵廠寬厚板試樣設(shè)計(jì)[A];全國冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2011年年會(huì)論文集[C];2011年

2 劉紹倫;;基于UG的疲勞斷裂試樣設(shè)計(jì)優(yōu)化與測(cè)試分析[A];北京力學(xué)會(huì)第19屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

，

本文編號(hào)：2295656