微構(gòu)件力學性能片外拉伸測試實驗裝置研究.pdf

1、隨著MEMS的發(fā)展，在產(chǎn)品設計、加工、封裝及性能和可靠性測試中，不可避免地遇到了大量的力學問題。但是，針對MEMS應用中微尺度條件下的材料力學性能的研究已遠遠落后于對材料電學性能和加工工藝性能的研究，主要表現(xiàn)在材料力學性能的研究方法尚無統(tǒng)一標準，測量出的數(shù)據(jù)分散性很大，精度也千差萬別。這些因素促使MEMS的力學特性研究成為一個熱點。 目前，彈性模量、殘余應力、斷裂強度和疲勞強度是微構(gòu)件材料力學特性測試中最主要的測量對象。針對這些

2、力學量產(chǎn)生了多種測試方法，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，拉伸測試是測量材料彈性模量、泊松比、屈服強度和斷裂強度等最直接的方法。單軸拉伸試驗時，材料受均勻拉應力作用，能較全面地反映薄膜材料的強度和疲勞特性，而且測出的數(shù)據(jù)容易解釋。在總結(jié)前人工作的基礎上，本文介紹了一種能夠測量長度在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試實驗裝置的工作原理及設計過程。整個實驗裝置由壓電

3、陶瓷制動器、位移檢測傳感器、微力檢測傳感器、動靜載物臺、五維精密定位臺、圖像采集等主要部件組成。并專門設計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。試樣放在動靜載物臺上，壓電陶瓷制動器驅(qū)動動載物臺從而拉動試樣，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量分別由微力檢測傳感器和位移檢測傳感器測出，同時試樣表面形貌及其變化可由圖像觀測裝置實時觀測。利用LabVIEW圖形化編程語言編寫了位移傳感器和力傳感器的數(shù)據(jù)采集