表面加工懸臂梁在沖擊下的可靠性分析.pdf

1、隨著人們對(duì)MEMS產(chǎn)品的深入研究和開(kāi)發(fā),越來(lái)越多的MEMS產(chǎn)品即將走進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ钪?。如何有效的降低產(chǎn)品的成本,縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期成為MEMS設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的首要任務(wù)。因此近些年來(lái),人們開(kāi)始逐漸重視MEMS的可靠性設(shè)計(jì)。尤其是美國(guó)的Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JetPropulsion Laboratory)通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)研究MEMS器件在沖擊下的可靠性。但從理論上來(lái)分析和研究MEMS器件可靠性的仍然不多,所以很有必要從理論上

2、來(lái)分析MEMS器件的可靠性,并建立數(shù)學(xué)模型,為MEMS的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。 MEMS器件在運(yùn)輸和使用過(guò)程中將會(huì)受到不同程度的沖擊和碰撞,如器件跌落在地面上。另外應(yīng)用在航空航天上MEMS器件必須能夠承受一定強(qiáng)度的沖擊。在沖擊作用下,MEMS器件可能會(huì)發(fā)生斷裂、分層和粘附等。因此,任何MEMS產(chǎn)品在使用之前必須經(jīng)過(guò)沖擊振動(dòng)測(cè)試。表面加工懸臂梁作為MEMS器件的基本結(jié)構(gòu),可以用于RF開(kāi)關(guān)、光開(kāi)關(guān)、諧振器、傳感器等。本文以表面加工懸臂梁

3、為例分析了MEMS器件在沖擊下的可靠性。 文中將懸臂梁看作一個(gè)質(zhì)量分布參數(shù)系統(tǒng),運(yùn)用模態(tài)疊加法計(jì)算出懸臂梁在沖擊下的位移響應(yīng)和應(yīng)力分布,用ANSYS進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)位移和應(yīng)力的最大值及其分布特性來(lái)選擇強(qiáng)度理論判斷MEMS器件是否出現(xiàn)強(qiáng)度失效。這為懸臂梁的強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)和分析提供了理論依據(jù),從而進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),并將這種方法推廣到一般MEMS器件中。 得到懸臂梁在沖擊下的位移響應(yīng)后,并計(jì)算出系統(tǒng)的總能量(包括表面力產(chǎn)生的表面