薄硅片材料的激光彎曲試驗研究.pdf

1、隨著快速成形技術(shù)的發(fā)展，使用激光彎曲加工的材料需求日益增長，對激光彎曲的脆性材料的需求也不斷增加。在MEMS領(lǐng)域中不僅需要平面硅片，也需要Si梁、Si橋和探針臂等結(jié)構(gòu)件、執(zhí)行機構(gòu)件、彈性功能件等不定形硅片；在微型傳感器制造中也出現(xiàn)了非直線懸臂；以及精密光學器件中需要在微尺寸器件條件下的微小弧度件等。而傳統(tǒng)的加工方法主要采用接觸式機械附加外力彎曲和選擇性刻蝕的方法。外力彎曲方法彎曲時需要輔助外力，同時對環(huán)境溫度要求較高，不利于控制且容易引

2、起脆性材料的破壞；而選擇性刻蝕不僅對材料是一種浪費，同時刻蝕過程中所使用的化學試劑對環(huán)境也有一定程度的污染。本文利用固體脈沖激光對薄硅片材料進行了彎曲試驗研究，具體工作如下： (1)利用Nd：YAG脈沖激光，選取激光脈沖頻率和脈沖寬度作為激光可調(diào)整參數(shù)來研究硅片彎曲角度與激光參數(shù)之間的關(guān)系。同時研究了彎曲角度與掃描次數(shù)、樣品寬度以及脈沖占空比的關(guān)系。 (2)對彎曲樣品進行了光學顯微鏡，掃描電鏡以及X射線晶面定向的檢測。檢

3、測結(jié)果表明硅片表面存在三種不同形貌區(qū)域，即主作用區(qū)域，過渡區(qū)域和邊緣區(qū)域。并給出了各個區(qū)域的形貌以及相態(tài)特征。 (3)結(jié)合試驗結(jié)果以及檢測數(shù)據(jù)，采用Ansys熱分析模塊對掃描過程溫度場進行了仿真計算。計算結(jié)果說明掃描過程在同一位置會形成多次斜率較大的溫度震蕩，在溫度較低的條件下容易引起硅片損壞，TGM和BM同時存在。 (4)根據(jù)硅片材料的特點，引入位錯理論對彎曲過程進行分析。激光彎曲過程中硅片產(chǎn)生的位錯、層錯現(xiàn)象，主要表