论文摘要
目前MEMS(微机电机械系统)产业化程度还很低,其原因是材料参数不准确、工艺可控性差、失效机理不清晰,导致了器件性能不稳定、成品率低、可靠性差。造成上述问题长期得不到解决的根本原因是MEMS测试理论和技术基础薄弱,不能及时发现微结构和微器件在设计、制造、封装、使用过程中所出现的问题。本课题以MEMS材料机械特性测试为切入点,解决MEMS应力测试的基础理论与测试技术,研究表面微机械标准化结构的不同结构参数下的工艺残余应力和MEMS器件在使用与加载条件下的动态应力的测试方法与实验,目的是为MEMS器件的结构设计和工艺加工提供理论指导与数据支持,进而提高MEMS器件性能、成品率和可靠性。本论文主要是从两个方面系统地开展MEMS应力测试的基础理论与实验方法研究,一个方面是基于微结构加工工艺的残余应力测试问题,开展基于拉曼光谱的表面微机械标准化结构不同结构参数下的工艺残余应力测试,进而研究其相应的应力分布特性;另一个方面是基于微器件在驱动条件下的动态应力测试问题,开展基于微系统分析仪的静电驱动微器件动态特性的测试研究,进而开展基于拉曼光谱的静电驱动微器件的动态应力测试,此外,开展了对电磁加载微器件的动态应力的初步测试研究。其主要研究成果如下:1.利用拉曼应力测试系统研究得出了表面微机械标准化结构不同结构参数下的残余应力分布特性。2.首次将微系统测试分析仪和拉曼光谱仪应用于微结构的动态应力测试。并将根据微系统测试分析仪测试所得的微器件动态特性结果推导得出的动态应力值与ANSYS仿真所得的动态应力值和拉曼光谱动态应力测试实验所得的应力值相对比,其结果基本一致;此方法也可用于一条线上的应力分布特性的测试研究。3.首次利用电磁驱动和拉曼光谱应力测试系统实现了对微结构的加载应力测试,较准确地测量出了被测点的应力与磁铁两端的电压之间的关系曲线和微结构的断裂极限。