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微电子机械系统材料力学性能测试方法的研究

汤忠斌  
【摘要】: 随着微电子机械系统(Microelectronic Mechanical System,MEMS)技术的兴起和发展,MEMS器件已大量应用于国防和民用产品。MEMS器件在热、电、磁作用下的可靠性的要求日益增高。由于MEMS系统不可避免的进行某些机械运动或受到机械力的作用,因此对MEMS材料的力学性能也提出了更高的要求。 本文介绍了新近研制的用于测量微电子机械系统MEMS材料的机械性能的单轴拉伸试验系统,采用激光干涉技术测量试样应变,得到材料从开始变形直至破坏的全历程应力~应变曲线。 本文采用的拉伸试样,厚度只有200μm,试验段宽度为300μm,对如此微小的试样进行单轴拉伸试验以得到其应力~应变曲线在国内还是首次。 论文主要包括以下几个方面的内容: 1)综述了国内外MEMS材料力学性能的测试方法及进展,特别是对单轴拉伸作了详细的概括与分析,为本文的研究工作提供参考。 2)通过有限元方法模拟了拉伸试验时试样的应力分布,分析了试样几何形状参数对应力分布的影响,在此基础上优化设计了试样和夹具。 3)对试样加工和表面处理工艺进行了研究,制定了一套适用的试样加工和表面处理工艺流程。 4)介绍试验设备的组成及试验原理,通过理论推导和有限元数值模拟分析了拉伸试样的凹痕标记对应变测量的影响,对ISDG(Interference strain/Displacement Gauge)方法进行了深入的研究。 5)对多晶铜试样进行了试验,得到了其应力~应变曲线。


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