MEMS器件工作中粘附失效的跨尺度分析.pdf

1、MEMS結(jié)構(gòu)的粘附失效問題作為一種主要的MEMS器件可靠性問題，其理論與實(shí)驗(yàn)方面的研究都十分廣泛。對平行表面間粘附失效機(jī)理的研究多使用納米級的微觀統(tǒng)計(jì)方法，而對實(shí)際MEMS結(jié)構(gòu)粘附失效實(shí)驗(yàn)的研究則通常并不考查表面間的納米級特性。這兩方面研究的脫離使得對與MEMS結(jié)構(gòu)的粘附失效物理機(jī)制的理解仍不明晰，對有些特殊的粘附失效實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍沒有合理的解釋。因此，對粘附失效問題的微觀與宏觀方法的綜合分析是對MEMS粘附失效問題全面理解的必然要求，也可

2、以為進(jìn)一步提高M(jìn)EMS器件與系統(tǒng)可靠性提供參考。
　　 本文在分析了多種現(xiàn)有的粘附問題納米級統(tǒng)計(jì)分析方法基礎(chǔ)上建立多元分布描述方法，以對MEMS的表面形貌以及表面間作用力進(jìn)行分析。該模型可以定量計(jì)算毛細(xì)力、van der waals力及表面形變回復(fù)力隨表面間平均間距、表面形貌特性參數(shù)及各種環(huán)境參數(shù)之間的變化關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，還利用跨尺度分析方法，將這一模型應(yīng)用到了以MEMS懸臂梁為代表的MEMS結(jié)構(gòu)的粘附失效分析中，得出了更為準(zhǔn)

3、確的粘附系統(tǒng)能量變化曲線，通過一定的變換方法，與粘附力測量、單位表面粘附能測量及粘附剝離實(shí)驗(yàn)等多種經(jīng)典粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，證明了該分析方法的準(zhǔn)確性?？绯叨确治龇椒ū砻?，經(jīng)典理論對于大面積粘附失效的分析較為準(zhǔn)確，而對于點(diǎn)粘附失效的分析有較大的誤差。使用跨尺度分析方法，可以將經(jīng)典理論無法統(tǒng)一解釋的不同粘附現(xiàn)象統(tǒng)一起來，從而證明了粘附現(xiàn)象都具有相同的物理本質(zhì)。對于MEMS器件工作中粘附失效問題，則以懸臂梁結(jié)構(gòu)在半正弦沖擊加速度下的動態(tài)特性