基于谐振原理的微机械疲劳试验装置的设计与制造

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本文设计了六种由梳状驱动器静电力驱动的硅微薄膜疲劳试验装置,并对其中两种典型的装置进行了有限元模拟。在此基础上,采用表面多晶硅标准工艺对这些装置进行了加工制造,制造结果完全符合设计要求。 首先,结合国外研究成果对六种微疲劳试验装置进行了结构设计。这些装置均基于谐振原理,采用圆弧梳状驱动器静电力驱动,由显微镜和电容式位移传感器测量振动块的振动幅度,根据测量结果由有限元方法间接计算试样缺口根部所受的应力应变,由此来研究硅薄膜试样的疲劳特性。装置各层的结构尺寸符合两层多晶硅表面牺牲层标准工艺规范。 然后,对所设计的微疲劳试验装置的圆弧梳状驱动器电容及静电驱动力进行了理论分析,在此基础上采用有限元分析软件ANSYS对两种典型装置进行了模态分析和简谐分析,其中用到了机电耦合单元TRANS126。有限元分析结果表明,对每种装置,试样缺口根部的应力水平与所施加的驱动电压具有一定的关系,利用这些关系可对试验所需电压值进行预测。 最后,采用国内典型两层多晶硅表面牺牲层标准工艺对这些装置进行了制造,其中涉及到光刻掩膜版的设计与制作。制造完成后,采用高倍光学显微镜对芯片进行了观测和检查,观测表明所制造的装置完全符合试验要求。
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