基于MEMS粘附问题中关键表面力的分析

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MEMS封装可靠性测试规范

MEMS封装可靠性测试规范MEMS 封装可靠性测试规范华中科技大学微系统中心MEMS 封装可靠性测试规范1. 引言1.1 MEMS 概念微光机电系统(Micro ElectroMechanical Systems—MEMS)，以下简称 MEMS。

MEMS 是融合了硅微加工、LIGA(光刻、电铸和塑铸)和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。

它在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术。

它包括感知外界信息 (力、热、光、磁、电、声等)的传感器和控制对象的执行器，以及进行信号处理和控制的电路。

MEMS 器件和传统的机器相比，具有体积小、重量轻、耗能低、温升小、工作速度快、成本低、功能强、性能好等特点。

MEMS 封装可靠性测试规范所含范围 1.2本可靠性测试规范涉及到在 MEMS 封装工艺中的贴片(包括倒装焊、载带自动焊)、引线键合、封盖等几个重要工艺的可靠性测试。

每步工艺的测试项目可根据具体器件要求选用。

2. 贴片工艺测试2.1 贴片工艺测试要求贴片工艺是将芯片用胶接或焊接的方式连接到基座上的工艺过程。

胶接或焊接的质量要受到加工环境与工作环境的影响，因此要对胶接或焊接的质量与可靠性进行测试。

胶接或焊接处表面应均匀连接，无气孔，不起皮，无裂纹，内部无空洞，并能承受一定的疲劳强度。

在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，芯片与基座应连接牢固，不能产生过大的热应力。

芯片与基座无裂纹。

2.2 贴片工艺测试项目测试项目测试说明失效判据外部目检外观缺陷 50 倍放大镜检查芯片剪切强度大于最小剪切强度加力方向应与衬底表面方向平行芯片与基座的附拉力方向应与衬底表面方向垂直大于最小抗拉力着强度芯片与基座连接沿横截面贴光栅，用云纹干涉仪来测应变大于 0.1, 其应力应变场处的应力应变检测焊点或胶接处内部的空隙 X 射线照相空隙长度和宽度小于接触面积的 10, 芯片脱离、有裂纹高温高湿 85?、85,RH、1000h芯片脱离、有裂纹恒定加速度一般 30000g一般 1500g、0.5ms 芯片脱离、有裂纹机械冲击一般-65?,150?、10 次温度循环芯片脱离、有裂纹一般-40?,100?、5min/10sec 热冲击芯片脱离、有裂纹一般 20,2000Hz，20g 芯片脱离、有裂纹扫频振动沿芯片表面法线方向无冲击地拉芯片小于最小外加应力倒装片拉脱试验3.1 引线键合工艺测试要求引线键合工艺是用金或铝线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。

基于MATLAB的MEMS表面形貌重构

1 绪论1.1 本课题背景及研究意义随着微细加工技术的不断进步和微电路、微光学组件、微机械等微观结构表面的不断出现，对表面微观三维形貌的测量技术也提出了更高的要求[1]。

表面形貌是由机械加工、化学加工、喷镀涂层等工艺过程形成的，主要体现了表面的外在特征，同时它与表面的内在特性也有密切的关系。

在机械工业中，机械零件加工后形成的表面纹理特征在很大程度上决定了零部件的使用性能，对机械系统的摩擦磨损、接触刚度、疲劳强度、配合性质，以及传动精度等影响很大，而且还与导热、导电及抗腐蚀等物理性能有着密切的关系；在电子工业中，随着集成电路集成度的提高，硅片表面的粗糙度对集成电路中薄膜电阻和薄膜电容的影响越来越大，并直接影响到集成电路器件的性能及成品率；在现代光学领域通过多次套刻与刻蚀方法制作的二元光学组件表面以及通过微机械加工技术制作的微机械结构表面等，都对其使用性能有很大影响[2]。

与机械零件的表面微观三维形貌测量不同的是，微电路、微光学组件、微机械等微观结构表面是由微观结构单元组成的三维复杂结构，其微表面形貌的测量不仅要测量表面的粗糙度或瑕疵，还要测量表面的轮廓、形状偏差和位置偏差，要求有较高的横向分辨率和纵向分辨率，有较大的测量纵深和测量范围，这对我们形貌检测的手段和方法提出了更高的要求；此外，表面微观轮廓测试技术还在机器人视觉、实物仿形、计算机辅助设计等领域有着重要意义和广阔的应用前景[3]。

1.2 表面微观形貌测量技术概述目前，三维微表面形貌测量方法大致可以分为接触式的探针法和非接触式的光学测量法[4]。

接触式的探针法包括古老的机械触针法和20世纪后期出现的扫描探针显微镜等测量方法。

非接触式测量法大都采用光学技术，以各种光学原理、光学现象为基础，配合精密机械、计算机技术、信号处理技术、传感技术，实现高精度、无接触测量。

其测量方法主要有：光学针瞄法、光切法、投影光栅法、干涉显微法等。

（1）机械触针法[5]机械触针法是研究最为充分的一种表面形貌测量方法、它利用机械探针接触并沿被测表面移动，通过位移传感器将表面轮廓的变化转化为电信号，经数据采集和处理后得到表面轮廓参数。

微加速度计粘附问题的研究及应用

结构的剥离数 Ⅳ 表达式为
，
粘附是由ＭＥＭＳ的尺度效应所引起的力学问题。微
尺度下与表面积相关的毛细力、电力、ａｅａｓ静ＶＤｒｎＷａｌ力
所起的作用相对增大，之微机械中相对运动的构件之间加的间隙极小，容易产生相互粘附，就造成器件失效… 。微器件制造过程中的结构释放或工作过程之中受冲击引起的接触都可能发生粘附。
ＡｂｔａｔＡｈｓｏｓｏｅｏｈｅｉｂｌｙｐｏｌｍｓｉｓｒｃ：ｄｅｉｎｉｎｆｔｅｒｌｉｔｒｂｅｎＭＥａｉＭＳＴｅａｈｓｎｐｏｌｍｆｔｅｒｐｅｅｔｔｅ．ｈｄｅｉｒｂｅｏｈｅｒｓｎａｉｏｖ
／
．
针对２种典型的电容式微机械加速度计：扭摆式微机械加
速度计和梳齿式微机械加速度计进行了分析研究，别得分到了表征其加速度计结构粘附程度的剥离数的数学表达式，并将其应用于梳齿式微机械加速度计的多学科设计优化之中，析了粘附条件对系统结构设计产生的影响。分
俞必强，翁海珊，李疆
（京科技大学机械工程学院。京１０８）北北００３
摘要：粘附是影响微机电系统（ＭＳ可靠性的重要因素之一。针对ＭＥＭＥ）ＭＳ的典型产品一微加速度计的粘附问题进行了研究，给出了２种典型的微加速度计的表征粘附特性的剥离数的表达式，并分析了将粘附条件应用于微加速度计的多学科设计优化之中，分析了其对系统结构设计产生的影响。关键词：粘附；离数；剥微加速度计中图分类号：Ｔ２Ｈ１２文献标识码：Ａ文章编号：１０９８（０６００４０００— ７７２０）６— ０３— ３

mems封装粘结方案

mems封装粘结方案随着微电子技术的发展和智能设备的广泛应用，MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术在传感器、微型执行器、生物医学传感器等领域得到了广泛的应用。

封装是MEMS器件的重要组成部分，而粘结技术则是MEMS封装中的关键环节。

本文将从MEMS封装的需求出发，探讨mems封装粘结方案的技术原理和应用。

一、MEMS封装需求分析MEMS器件的封装要求既要满足器件本身的性能要求，又要考虑到制造工艺的可行性和成本的控制。

具体而言，MEMS封装需要满足以下几个方面的需求：1. 保护器件：MEMS器件通常具有微小的结构和高灵敏度，对外界环境的微弱变化非常敏感。

因此，封装必须能够有效地保护器件免受机械、热、湿等因素的影响。

2. 电连接：MEMS器件通常需要与电路板等其他电子器件进行电连接，因此封装需要提供可靠的电连接方式，以确保信号的传输和功耗的控制。

3. 尺寸要求：MEMS器件通常具有微小的尺寸，封装必须能够满足器件尺寸的要求，以便与其他器件进行集成。

4. 成本控制：MEMS器件的制造成本通常较高，封装的选择和设计应考虑到成本的控制，以提高产品的竞争力。

二、MEMS封装粘结方案MEMS封装的粘结方案通常包括以下几种：1. 焊接封装：通过焊接技术将MEMS器件与封装基板进行连接。

常见的焊接方式包括球焊、线焊、熔敷焊等。

焊接封装具有连接可靠、工艺成熟、封装效果好等优点，但对器件尺寸和材料要求较高，且成本较高。

2. 粘贴封装：通过使用粘合剂将MEMS器件粘贴在封装基板上。

粘贴封装具有工艺简单、成本低廉等优点，适用于器件尺寸较小、要求较低的场景。

常见的粘合剂有环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸等，选择合适的粘合剂要考虑到器件材料、尺寸和工艺要求。

3. 压力封装：通过施加适当的压力使MEMS器件与封装基板紧密结合。

压力封装具有工艺简单、成本低廉、封装效果好等优点，适用于器件尺寸较小、要求较低的场景。

表面声波式mems压力传感器原理

表面声波式mems压力传感器原理
表面声波式MEMS压力传感器是一种基于声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）的传感器。

它利用表面声波在压力作用下的特性变化来实现压力的测量。

该传感器由一个压电材料、衬底和刻蚀出的声传输路径组成。

当施加压力到传感器上时，压电材料会产生应力，导致声传输路径的尺寸发生微小的变化。

这种变化会影响到通过声传输路径传播的声表面波的速度。

通过测量传感器输出的声表面波的频率或时间延迟，可以推导出压力的大小。

传感器工作原理如下：
1. 声表面波发射：一个高频信号通过电极施加到压电材料上，激发产生声表面波并使其沿传输路径传播。

2. 压力作用：当外部压力施加到传感器上时，压电材料产生应力，导致传输路径的尺寸发生微小变化。

3. 声表面波接收：传输路径上的接收电极会接收到经过变化后的声表面波信号。

4. 信号处理：接收到的信号经过放大和滤波等处理，然后通过频率或时间延迟测量来推导出压力的大小。

表面声波式MEMS压力传感器具有响应速度快、精度高、体积小、功耗低等优点，广泛应用于工业控制、医疗设备、汽车电子、气象观测等领域。

硅微机械动平板表面粘附阻力

维普资讯
２００６年７月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＩＯＮＣＡｒ１ＥＮＧＩＥＲＩＮＥＮＧ
Ｊｌ０６ｕｙ２０
第７（期总第１期）７９
Ｎ．（ｅａＮ．７）ｏ７ｓｒｌｏ１９ｉ
硅微机械动平板表面粘附阻力
础上还设计了拉簧一平板一弯簧器件以进行相应的表面粘附阻力实验研究。理论分析和实验验证均表明，表面粘附阻力随单位面积的液气界面表面能以及平板宽度的增大而增大，随着接触角的减小而增大，且平板工艺开孔的总宽度增大以及平板移动方向的孔数的增多将显著增大表面粘附阻力。关键词：微机械；微间隙平板；表面力；表面粘附阻力
ＳｅｕｊＨｕＬｈｎＬｉｈｎＸｅｉｎｏｉｅｇｉＪｃｕｎ
（ｅａｔｅｔｆｅｈｎｃｌｕｏａｉ，ｈｎｈｉｎｖｒｉ，ｈｇａ２０７，ｈｎ）ＤｐｒｎｃａｉｔｔｎＳａｇａＵｉｓｙＳａｈｉ００２ＣｉｍｏＭａＡｍｏｅｔｎａ
中图分类号：Ｔ２；０４文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０６ＨＩ３４１２４— １０２Ｏ）７— ６４０４—
ＳｒａｅＡｄｅｉｅＲｅｉｔＩｅ０ｏｉｇＰｌｔｎＭＥＭＳｕ ห้องสมุดไป่ตู้ ｃｈｓｖｓｓａＩｆＭｖｎａｅｉｃ
沈雪瑾侯利程刘谨
（上海大学机械自动化系
上海２０７）００２
摘要：以ＭＥＳ动平板模型为研究对象，建立了微间隙动平板表面粘附阻力的理论模型，利用界面化学中表面能Ｍ和粘附功的概念，推导出了光滑平板和开孔平板的表面粘附阻力公式，并探讨了影响表面粘附阻力的诸多因素。在此基

mems粘附的分子动力学的分析研究

４ＭＥＭＳ粘附的分子动力学研究凸缘的粘附磨损而严重影响微驱动机构性削１２１。

图１．２为Ｓａｎｄｉａ实验室拍摄到的齿轮和凸缘粘附磨损失效的扫描电镜图。

Ｓａｎｄｉａ实验室在加工悬臂梁组时发现，许多悬臂梁同基座粘附在一起而导致悬臂梁失效。

图１．３是Ｓａｎｄｉａ实验室制造多组悬臂梁时出现粘附失效的扫描电镜图。

静电微电机虽然已有十余年的研究历史，但真正用到工程实际的微电机寥寥无几，其主要原因是转子同主轴间的粘附磨损使微电机很快失效。

图１．４为伯克利分校拍摄到的静电微电机粘附磨损失效电镜图。

图１．５为Ｂｈｕｓｈａｎ实验室研制叉指电容时出现的粘附现象。

中国工程物理研究院在研制块状微加速度计时发现，在微加速度计未工作前已发现失效，而且加工出的微悬臂梁及质量块多数无法工作，导致大量废品产生，直接增大了微加速度计的成本。

后来经过研究发现其原因是微加速度计的重要元件——敏感质量块已粘在硅基座上了。

该院改用梳状叉指式悬臂梁组代替块状质量块，情况有所改善，但当激励加速度较大时，粘附力对微加速度的性能影响还是很大［１３】。

图１．２齿轮和凸缘粘附磨损失效图１．３多组悬臂梁粘附失效图１．４转子同轴的粘附磨损图１．５叉指电容粘附现象当然，也有不少ＭＥＭＳ器件利用粘附力来提高性能。

德克萨斯仪器公司研制的数字微镜（ＤＭＤ），镜片底部的弹性片与基底之间的粘附作用对镜片的缓冲、稳定和延长寿命起着至关重要的作用。

图１．６为德州仪器公司研制的ＤＭＤＥ”】。

朗讯公司的三维ＭＥＭＳ全光开关，正是利用粘附力稳定微镜片的转角位置，实现光的多通道传播。

图１．７是Ｓａｎｄｉａ实验室研制的微镊子。

通过控制镊子和被镊物体间第一章绪论的粘附力以达到抓取物体的目的。

粘附力在工程中最成功的应用是１９８５年Ｂｉｎｎｉｎｇ发明的原子力显微镜（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，简称ＡＦＭ），通过检测粘附力，使人类清晰地看到原子，并可实现原子操纵。

Ｂｉｎｎｉｎｇ在１９８６年为此获得诺贝尔物理奖。

先进功能材料的微尺度黏附接触力学的研究

大连理工大学博士学位论文摘要随着新材料科学技术的进步，以功能梯度材料和压电材料为代表的先进功能材料在微尺度物理和生物系统中得到了广泛应用和发展，迫切需要人们提高对相关的黏附接触力学行为和机理的认识，这既对经典黏附理论的适用性提出了挑战，又为黏附接触力学的发展带来了新机遇。

本文在连续介质力学的框架下系统研究了幂型梯度材料和横观各向同性压电材料的微尺度黏附接触力学行为。

通过建立多种黏附接触理论模型，发展了求解相关问题的通用求解方法，推导出一系列封闭解析解，并在此基础上先后考察了法向．切向耦合效应、基底应变效应、加载混合度效应、压头形状效应、表面粗糙度效应、黏附滞后效应和能量耗散效应等因素的影响。

本文首先建立了适用于幂型梯度材料的平面和轴对称非滑动ＪＫＲ黏附接触模型，并在此基础上引入了基底应变作用和加载混合度效应，进一步构建了含有基底应变的可逆黏附模型、基于加载混合度效应的能量耗散唯象模型、以及含有基底应变的不可逆黏附模型。

采用正交多项式和系统的能量守恒方法，完全解析求解系统应力场、位移场和平衡方程，并经过退化验证。

从理论上揭示了法向一切向耦合效应在黏附接触问题中的重要作用，厘清了传统无摩擦接触理论的适用范围。

经典断裂力学中的Ｇｒｉｆｆｉｔｈ理论也被成功扩展至幂型梯度材料。

其次，本文基于幂型梯度材料的轴对称无摩擦ＪＫＲ黏附接触模型，同时发展了两套能够处理任意压头形状的相互等价的通用求解方法，即Ｂｅｔｔｉ互易定理和广义Ａｂｅｌ积分变换法，以及累聚叠加法和能量释放率法。

在此基础上，通过考察几种典型的压头形状，揭示了压头形状效应，包括幂形压头、精确球形压头、最优压头形状、球状和超几何状凹形压头，同时得到一系列封闭解析解，扩展了传统均匀材料的结果。

然后，本文针对幂型梯度材料分别建立了含有大小两种表面粗糙度的黏附接触模型从理论上揭示了粗糙度和黏附滞后效应对梯度材料的黏附强度和韧度都起到至关重要的作用。

对于小粗糙度问题，利用平衡方程的渐近形式的包络线来刻画系统的宏观黏附行为，并估算了由黏附滞后引起的能量耗散。

微尺度MEMS上层芯片表面应变测量的方法研究

196机械设计与制造Machinery Design&Manufacture第2期2021年2月微尺度MEMS上层芯片表面应变测量的方法研究罗钧文，戴强，陈翔(西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室，四川绵阳621010)摘要：随着微纳加工技术的发展，微机电系统器件的运用领域愈加广泛，其中微机械结构的变形失效机理研究显得尤为重要。

针对MEMS上层硅芯片在微尺度情况下的表面应变测量，提出了一种结合光学显微视觉、硅芯片表面特征图案的光刻工艺技术和数字图像处理技术的方法。

经由该方法提取出表面图案的边缘特征，进而获得硅芯片表面的微小应变情况。

通过测量硅芯片的热膨胀系数，测量值与理论值的平均相对误差值在10%以内。

表明该方法可成功应用于MEMS上层硅芯片表面应变的测量。

关键词:芯片表面;应变测量;微尺度;显微视觉;光刻中图分类号:TH16；N305.7；TP391.41文献标识码:A文章编号：1001-3997(2021)02-0196-03Generation Method of the Surface Strain Measurementat the Micro-Scale of Upper Chip in MEMSLUO Jun-wen,DAI Qiang,CHEN Xiang(Ministry of Education Key Laboratory of Testing Technology for Manufacturing Process,Southwest University of Science and Technology,Sichuan Mianyang621010,China)Abstract:JFitA the development of nanofabiicaiion technology,the application fields of MEMS devices are more and more extensive,and the research on deformation failure mechanism of micro-mechanical structures is particularly important. Aiming at the suiface strain measurement qf MEMS upper silicon chip under microscale condition,amethod combining optical microscopic vision,lithography technology of silicon chip suiface feature pattern and distal image processing technology is proposed.The edge features of the suiface pattern,are extracted by this method,thereby obtaining the small strain,on the surface of the silicon chip.By measuring the thermal expansion coefficient of t he silicon chip,the average relatwe error valueof the measured value and the theoretical value is within10%.It shows that the method can be successfully applied to the measurement of s uiface strain of M EMS upper silicon chip.Key Words:Chip Surface；Strain Measurement；Microscale；Microscopic Vision；Lithography1引言MEMS封装结构中各层材料间的热膨胀系数不匹配，造成整个MEMS器件中存有残余应力以及封装结构的热变形，严重影响该器件在高性能要求场合的使用叫因此，测量MEMS结构中的应变成为了研究关键。

几种微构件材料的表面能及纳观黏附行为研究

几种微构件材料的表面能及纳观黏附行为研究薛伟;郑蓓蓉;张淼;解国新;王权【摘要】对微机电系统(MEMS)中几种常用构件材料的表面能及其主要影响因素进行了探讨,并与材料表面的纳观黏附性能进行了分析比较.用Owens二液法计算出硅基材料的表面能在60-75 mJ/m2之间,它们之间总表面能的差异主要归结为表面能极性分量的差异,表面粗糙度的存在使表观表面能有所偏高.施加自组装分子膜后的表面能大为降低,粗糙度的存在可以使其表面能进一步减小.纳观黏附力和表面能之间有一定的对应关系.另外,在研究中发现表面粗糙度对纳观黏附行为的影响较小.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2009(058)004【总页数】5页(P2518-2522)【关键词】MEMS;表面能;纳观黏附;粗糙度【作者】薛伟;郑蓓蓉;张淼;解国新;王权【作者单位】温州大学机电工程学院,温州,323035;温州大学机电工程学院,温州,323035;温州大学机电工程学院,温州,323035;清华大学摩擦学国家重点实验室,北京,100084;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室,上海,200050【正文语种】中文【中图分类】其他第 58 卷第 4 期 2009 年 4 月1000-3290/2009/58(04)/2518-5物理学报ACTA PHYSICA SINICA V01.58,No.4,April,2009⑥2009Chin.Phys.Soc.几种微构件材料的表面能及纳观黏附行为研究*薛伟 1) 郑蓓蓉¨ 张淼” 解国新 2)j 王权” 1) （温州大学机电工程学院，温州 323035 ） 2)( 清华大学摩擦学国家重点实验室，北京 100084) 3) （中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室，上海 200050 ）（ 2008 年 5 月 14 日收到；2008 年 6 月 5 日收到修改稿）对微机电系统 ( MEMS) 中几种常用构件材料的表面能及其主要影响因素进行了探讨，并与材料表面的纳观黏附性能进行了分析比较．用 Owens 二液法计算出硅基材料的表面能在 60-75mj/m2 之间，它们之间总表面能的差异主要归结为表面能极性分量的差异，表面粗糙度的存在使表观表面能有所偏高．施加自组装分子膜后的表面能大为降低，粗糙度的存在可以使其表面能进一步减小．纳观黏附力和表面能之间有一定的对应关系．另外，在研究中发现表面粗糙度对纳观黏附行为的影响较小．关键词： MEMS，表面能，纳观黏附，粗糙度 PACC ： 4634 ， 4630P 1 ．引言由于成熟的微加工工艺以及独特的机械力学性能，硅及硅基材料一直被广泛用于微机电系统 ( MEMS) 中．但是其本身存在的很多问题还需进一步研究，在微系统中，相对于重力、惯性力等而言，表面力成为主导作用力，这容易导致表面存在较强的黏着和黏附作用，会严重影响MEMS 器件的可靠性和耐久性‘ 1-4] ．许多研究表明[5-8] ，黏着和黏附等力学行为和固体的表面能以及表面形貌有关．虽然特别的干燥工艺处理，比如 C02 超临界干燥处理，可以消除某些情况下的黏连现象，但在一些工艺和应用中它们并不可行，尤其对纳米尺度的器。

实验四 MEMS薄膜压力传感器静力学分析

实验四 MEMS薄膜压力传感器静力学分析一、实验目的1、掌握静力学分析2、验证理论分析结果3、对不同形状膜的分析结果进行对比二、实验器材能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机三、实验说明（一）基本思路1、建模与网格化2、静力学分析3、对结果进行分析和比较（二）问题描述：由于许多压力传感器的工作原理是将受压力作用而变形的薄膜硅片中的应变转换成所需形式的电输出信号，所以我们要研究比较一下用什么样形状的膜来作为压力传感器的受力面比较好。

我们比较的膜形状有三种，分别是圆形. 正方形. 长方形。

在比较的过程中，三种形状膜的面积.，厚度和承受的压力是都是相等的。

设置参数具体为：F=0.1MPa, EX=1.9e11,PRXY=0.3,DENS=2.33e3.单元尺寸为5e-006。

为了选择合适的网格化类型，首先我们拿圆的结构进行一下比较，最后选择比较接近理论计算的网格化类型，通过比较，我们知道映射网格化类型比较优越，所以后面的两种类型膜结构选择了映射网格化。

四、实验内容和步骤圆形薄膜11.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solidcylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图1，单击OK.图12.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide 项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK. 在点击close.如图2.图23.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY 后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入 2.33e3,单击OK。

表面粗糙度对于微结构粘附的影响分析

这样得到粘附的梁结构的弹性变形能如式(5)：
EI UE = 2
d 2u 6 EIh 2 = dx 2 ∫0 s3 dx
s
2
m 2 (s) − + 1 ( ) m s 3
式中: E 为杨氏模量，I 为截面的惯性矩，对于矩
(b) Beam adhered to substrate Fig.2 Scheme of folded flexure 图 2 折叠梁微结构及其在基底表面粘附示意图
微电子机械系统（MEMS）通常采用与传统的 IC 工艺相兼容的表面硅微加工方法，通过先在牺牲层上形成平板或者梁结构，然后再腐蚀掉牺牲层而得到所需结构。采用这种工艺加工得到的微构件的侧向尺寸为 10~500µm, 厚度方向尺寸为 0.1 µm 到几个µm, 与基底之间的间隙一般为 0.1~2 µm[1]. 在这种类型的微构件中，微构件之间彼此非常接近，并且大的长细比使得结构非常柔软；另一方面由于其具有很大的比表面积，表面力的作用变得非常明显，这样为构件之间发生粘附提供了条件。例如，对于具有高度柔性的亚微米结构，克服粘附所需要的撕开力(pull-off force) 为 nN, 而在作为汽车防撞气囊的微加速度计中微结构与邻近平面之间的撕开力可以达到几个 µΝ。粘附可以发生在微加工工艺的最后一步结构释放过程中，也可能因过载或环境等因素引起机械失效而发生在封装好的装置内。粘附的微观机理可以归结为毛细力、静电力、 van der waals 力等综合作用的结果。不同情况下，各种因素的贡献将会不同。对于作为分子间相互作用表现形式的 van der waals 力和短程静电力的研究在微尺度接触力学中已经有了一系列研究结果。本文利用微尺度粘着弹性接触理论讨论表面粗糙度对表征微悬臂梁粘着特性的剥离数的影响，给出其对于粘着参数的依赖关系，以便为微电子机械系统和微-纳米摩擦学研究将提供参考。

MEMS材料力学性能的测试方法

MEMS材料力学性能的测试方法ΞDETERMINATION OF MECHANICAL BEHAVIOR OF MEMS MATERIALS汤忠斌ΞΞ　徐　绯李玉龙(西北工业大学航空学院航空结构工程系,西安710072)T AN G ZhongBin　X U Fei　LI Y uLong(Department o f Aeronautical Structural Engineering,School o f Aeronautics,Northwestern Polytechnical Univer sity,Xi′an710072,China)摘要　介绍国内外ME MS(micro2electro2mechanical system)材料力学性能的测试方法,包括纳米压痕法、薄膜打压法、梁弯曲试验、微拉曼光谱法、单轴拉伸法等。

分析各种测试方法的优缺点、基本原理和最新进展。

详细介绍单轴拉伸试验方法的试验原理、特点及发展现状,在此基础上介绍作者们在ME MS材料单轴拉伸试验方面的阶段性研究成果,包括单轴拉伸试样设计、夹具设计、加载方法及应变测量技术等。

试样和夹具的设计采用有限元方法模拟不同形状参数试样的拉伸试验过程,确定试样的外形和尺寸。

应变测量采用的是激光干涉应变计法(inter ference strainΠdisplacement gauge, IS DG),,成功测得多晶铜薄膜材料的应力—应变曲线。

关键词　微电子机械系统　力学性能　薄膜　拉伸　激光干涉应变计法中图分类号　T N407Abstract　In recent years,there has been explosive growth in the field of the micro2electro2mechanical system(ME MS).ME MS technologies have been found wide application in various microscale systems and devices.With the increase of usage of ME MS,higher reliability of the ME MS devices under the thermal,electric and magnetic forces are required.S o the mechanical properties of the ME MS materials become m ore and m ore im portant.The testing methods on mechanical properties of the ME MS materials are reviewed with the discussion of both the advantages and the disadvantages,such as the nanoindentation test,the membrane bulge test,the beam bending test,the micro2Raman S pectroscopy and the uniaxial tension method.And the new developments of them are introduced sim ply.S ome research w orks of the authors on the uniaxial tension method are introduced,including the details of the specimen and the grip design, the loading and the strain measurement.The finite element method was used to simulate the tension test of the sam ples with different shape parameters to choose the shape and dimensions of the specimen.And the inter ference strainΠdisplacement gauge(inter ference strainΠdisplacement gauge,IS DG)was used to measure the stain.By using the self2developed uniaxial tension testing device,the stress2 strain curves of the polycrystalline copper thin film are obtained success fully.K ey w ords　Micro2electro2mech anical system(MEMS);Mech anical properties;Thin films;T ension;I nterference strain Πdisplacement gauge(ISD G)Corresponding author:LI Yu Long,E2mail:liyulong@,Tel:ΠFax:+86229288494859The project supported by the Major Research Plan of National Natural Science F oundation of China(N o.90405016),and the China Aviation Science F oundation(N o.02I53067).Manuscript received20050407,in revised form20050816.1　引言微电子机械系统是集传感、信息处理和执行于一体的集成微系统[1,2],已广泛应用于加速度传感器、惯性、压力传感器、微型喷气发动机、大规模数据存储系统和微型的生物化学分析设备等,应用领域还在不断扩大[3,4]。

MEMS黏着接触特性研究的开题报告

MEMS黏着接触特性研究的开题报告开题报告题目：MEMS黏着接触特性研究一、选题背景随着微电子学、微机电系统（MEMS）技术的飞速发展，MEMS在微传感、微流控、光学器件等领域得到广泛应用。

MEMS器件需要不同层次的材料堆叠，其中会产生各种黏着接触。

黏着接触是指物体表面之间由于分子间力的作用而产生的吸附力，其强度对MEMS器件的性能和可靠性有着重要影响。

因此，对MEMS黏着接触特性进行研究和探索是十分必要的。

目前国内外普遍采用表面接触法、压痕法、离解法等方法来研究黏着接触特性，但这些方法难以在微观尺度、局部区域进行研究，并难以真实反映实际工作环境下的黏着力变化。

因此，需要开展新的研究方法和技术，以更好地研究MEMS黏着接触特性。

二、研究目的和意义本文旨在研究MEMS黏着接触特性，在微观尺度、局部区域开展实验研究，探索新的研究方法和技术。

具体研究内容包括：1.采用纳米压痕技术和原子力显微镜（AFM）等手段对MEMS黏着接触特性进行实验研究，并分析压痕深度、纹理大小、温度、湿度等因素对黏着力的影响。

2.开展计算机模拟和分析，探究黏着接触力的大小和分布特性，为MEMS黏着接触特性研究提供理论依据。

三、研究方法本文的研究方法主要包括实验研究和计算机模拟。

1. 实验研究：采用纳米压痕技术和原子力显微镜等手段对MEMS黏着接触特性进行实验研究。

实验中需要考虑温度、湿度等因素的影响，探究黏着接触力的变化特征。

2. 计算机模拟：通过有限元分析方法，建立MEMS黏着接触特性的计算机模型。

并在此基础上进行黏着接触力的大小和分布特性的计算和分析。

四、预期成果及进度安排预期成果：完成MEMS黏着接触特性的实验研究和计算机模拟，得出黏着接触力的大小和分布特性。

并在此基础上进行数据分析，探究黏着接触特性的变化规律，并提出相应改进措施和建议。

进度安排：第一阶段（1-2个月）：文献调研和实验设备准备，熟悉MEMS黏着接触特性研究的基本理论和实验方法。