MEMS器件分层失效的强化试验技术研究

发布时间：2017-10-22 14:08

  本文关键词：MEMS器件分层失效的强化试验技术研究

  更多相关文章： 硅微结构 分层失效 可靠性强化试验 有限元仿真 环境应力 MEMS

【摘要】：MEMS器件应用前景广阔,其可靠性问题引起了人们越来越多的重视。硅基底多层结构是MEMS器件的重要组成部分,其特性将直接影响MEMS的可靠性。分层失效是MEMS的典型失效模式之一,然而环境应力对其影响机理尚不明确,也没有标准化的试验方法。本文将可靠性强化试验引入MEMS领域,研究MEMS的分层失效机理,建立其可靠性强化试验的温度、振动和冲击单应力剖面。主要研究内容如下:1.对硅微结构的分层失效进行分析。提出了硅-玻璃键合中存在的问题,建立了环境应力与失效模式的关联矩阵,确定了强化试验应力。2.建立硅微结构温度循环强化试验剖面。建立了温度循环载荷对层状结构影响的数学模型,仿真分析了温度循环载荷下正应力、剪切力、剥离应力的分布,研究了分层失效规律,最后开展了试验进行验证。3.建立硅微结构振动强化试验剖面。建立了硅微层状结构在振动载荷下的动态响应模型,探讨了层状结构在振动载荷下的分层和疲劳失效机理,开展了硅微结构的随机振动试验。4.建立硅微结构冲击强化试验剖面。分析了硅微结构在冲击载荷下的运动特性,仿真了冲击下应力分布,开展试验,将不同试验样本失效情况进行对比,发现了环境应力对硅微结构的疲劳累积效应。
【关键词】：硅微结构 分层失效 可靠性强化试验 有限元仿真 环境应力 MEMS
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 硅微结构分层失效研究现状13-19
• 1.2.2 可靠性强化试验研究现状19-23
• 1.3 研究思路与结构安排23-26
• 1.3.1 研究内容与思路23-25
• 1.3.2 内容安排25-26
• 第二章 MEMS结构分层失效机理与影响因素分析26-37
• 2.1 研究对象的确定与特性分析26-28
• 2.1.1 研究对象的确定26-27
• 2.1.2 机械性能测试27-28
• 2.2 加工工艺28-30
• 2.2.1 阳极键合28-29
• 2.2.2 加工过程29
• 2.2.3 加工过程中存在的问题及其对性能的影响29-30
• 2.3 层间结合强度的分析30-31
• 2.3.1 层间结合机理30-31
• 2.3.2 影响层间结合强度的因素31
• 2.4 环境应力的影响机理与的确定31-35
• 2.4.1 温度对分层失效的影响机理31-33
• 2.4.2 振动对分层失效的影响机理33-34
• 2.4.3 冲击对分层失效的影响机理34-35
• 2.4.4 环境应力的确定35
• 2.5 减少分层失效的方法35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 MEMS结构分层失效的温度循环强化试验37-47
• 3.1 温度强化试验剖面的建立37-39
• 3.1.1 剖面参数的确定37-39
• 3.1.2 温度循环试验剖面39
• 3.2 有限元仿真分析39-42
• 3.2.1 仿真平台39
• 3.2.2 热 -机械耦合理论39-40
• 3.2.3 有限元模型的建立40-41
• 3.2.4 强化试验有限元仿真41-42
• 3.3 温度试验42-45
• 3.3.1 材料与试样42
• 3.3.2 试验设备与程序42-44
• 3.3.3 试验结果与分析44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 MEMS结构分层失效的振动强化试验47-56
• 4.1 振动强化试验剖面的建立47-49
• 4.1.1 剖面参数的确定47-48
• 4.1.2 振动试验剖面48-49
• 4.2 振动载荷下的动态特性分析与仿真49-53
• 4.2.1 振动力学方程49-50
• 4.2.2 振动载荷下的响应分析50-53
• 4.3 振动试验53-55
• 4.3.1 材料与试样53
• 4.3.2 试验设备与程序53-54
• 4.3.3 试验结果与分析54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 MEMS结构分层失效的冲击强化试验56-64
• 5.1 冲击强化试验剖面的建立56-57
• 5.1.1 剖面参数的确定56-57
• 5.1.2 冲击试验剖面57
• 5.2 冲击应力分析57-59
• 5.2.1 层状结构在冲击应力下力学特性理论模型57-58
• 5.2.2 层状结构受冲击应力的力学特性有限元仿真58-59
• 5.3 跌落实验59-63
• 5.3.1 材料与试样59-60
• 5.3.2 试验设备与程序60-62
• 5.3.3 试验结果及分析62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 主要研究结论64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 作者在学期间取得的学术成果72

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本文编号：1078679