微構(gòu)件力學(xué)性能片外拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置研究.pdf

1、隨著MEMS的發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、封裝及性能和可靠性測(cè)試中，不可避免地遇到了大量的力學(xué)問(wèn)題。但是，針對(duì)MEMS應(yīng)用中微尺度條件下的材料力學(xué)性能的研究已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對(duì)材料電學(xué)性能和加工工藝性能的研究，主要表現(xiàn)在材料力學(xué)性能的研究方法尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量出的數(shù)據(jù)分散性很大，精度也千差萬(wàn)別。這些因素促使MEMS的力學(xué)特性研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。 目前，彈性模量、殘余應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是微構(gòu)件材料力學(xué)特性測(cè)試中最主要的測(cè)量對(duì)象。針對(duì)這些

2、力學(xué)量產(chǎn)生了多種測(cè)試方法，如納米壓痕法、鼓膜法、彎曲法、扭轉(zhuǎn)法和拉伸法等。在這些方法中，拉伸測(cè)試是測(cè)量材料彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度等最直接的方法。單軸拉伸試驗(yàn)時(shí)，材料受均勻拉應(yīng)力作用，能較全面地反映薄膜材料的強(qiáng)度和疲勞特性，而且測(cè)出的數(shù)據(jù)容易解釋。在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，本文介紹了一種能夠測(cè)量長(zhǎng)度在100 um～1 mm范圍，厚度在1 um～10 um范圍薄膜材料的片外拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理及設(shè)計(jì)過(guò)程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓電

3、陶瓷制動(dòng)器、位移檢測(cè)傳感器、微力檢測(cè)傳感器、動(dòng)靜載物臺(tái)、五維精密定位臺(tái)、圖像采集等主要部件組成。并專門(mén)設(shè)計(jì)了一種用于壓電陶瓷封裝夾持的結(jié)構(gòu)。分別介紹了每部份的功能。試樣放在動(dòng)靜載物臺(tái)上，壓電陶瓷制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)動(dòng)載物臺(tái)從而拉動(dòng)試樣，直到試樣被拉斷。施加在試樣上的力和試樣被拉伸后的伸長(zhǎng)量分別由微力檢測(cè)傳感器和位移檢測(cè)傳感器測(cè)出，同時(shí)試樣表面形貌及其變化可由圖像觀測(cè)裝置實(shí)時(shí)觀測(cè)。利用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言編寫(xiě)了位移傳感器和力傳感器的數(shù)據(jù)采集