MEMS薄膜疲勞試驗裝置的設計與測試方法研究.pdf

1、本文根據(jù)靜電梳狀驅動器橫向驅動和平行板電容驅動器垂直驅動的特點,設計了四種可以通過標準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,結合國外研究成果對

2、四種微機械疲勞試驗裝置進行了結構設計。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)測量結果由有限元方法間接計算試樣缺口根部所受的應力應變,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測扭轉疲勞試驗裝置的吸附電壓,并將所得結果進行對比,證明了兩種方法具有一致性。又通過對比試驗結果與理論計算結果,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力分布情況。 最后根據(jù)MEMS單晶硅薄膜拉伸疲勞試樣的設計,充分參考了MMT-11N微機械疲勞試驗機的主要參數(shù),使用設計的掩模板采用標準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,得到了靜拉伸應力應變曲線,S-N曲線,遲滯回線以及應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