基于維諾圖微觀顆粒表示的硅材料沿晶界斷裂仿真與分析.pdf

1、MEMS是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù),在近年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,在工業(yè)、信息和通信、航空航天、航海、醫(yī)療和生物工程、農(nóng)業(yè)、環(huán)境和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。
　　 由于MEMS器件體積微小,而在微觀范圍內(nèi),微機(jī)械的材料性能和宏觀范圍內(nèi)的不同,因此無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的力學(xué)原理進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前,對(duì)MEMS器件機(jī)械性能的評(píng)測(cè)多是基于實(shí)例的方式。但是,通過(guò)實(shí)際制作MEMS器件的方式進(jìn)行疲勞測(cè)試是有很多缺點(diǎn)的,

2、比如,封裝觀測(cè)困難,設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng),造價(jià)昂貴。因此,本文提出利用優(yōu)化的維諾圖數(shù)值模型模擬計(jì)算的方法,探討硅材料在受力情況下的斷裂問(wèn)題,以求達(dá)到節(jié)省成本,快速省時(shí),方便檢測(cè)的目的。
　　 本文用基于維諾圖的模型模擬表示多晶硅的微觀結(jié)構(gòu):用維諾圖中的單元表示多晶硅的晶格,用維諾圖單元的邊界模擬晶格的邊界。由于隨機(jī)生成的維諾圖形狀一般不理想,不符合多晶硅的實(shí)際微觀結(jié)構(gòu),因此,本文還采用了碰撞檢測(cè)法改善單元形狀,使得生成的維諾圖與多晶硅

3、微觀結(jié)構(gòu)盡可能的近似。為了達(dá)到性能和時(shí)間上的平衡,本文又提出了局部細(xì)化的方式,通過(guò)改善維諾圖的疏密分布,在保證結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下,加速試驗(yàn)的過(guò)程。在得到理想的維諾圖之后,將邊、點(diǎn)信息導(dǎo)入ANSYS,裁剪所需要的形狀,對(duì)材料屬性賦值,插入晶界信息,最后施加位移約束,用非線性求解的方法,完成MEMS器件的分析。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用維諾圖模型數(shù)值化模擬多晶硅的方法,其模擬的形變和斷裂的結(jié)果與真實(shí)硅材料的斷裂情況非常近似。通過(guò)進(jìn)一