表面微加工懸臂梁在振動環(huán)境下的可靠性分析.pdf

1、MEMS可靠性問題是MEMS市場化的瓶頸，它直接關系到產品的開發(fā)效率、成本和商業(yè)化進程。振動可靠性是MEMS可靠性的一個重要方面，因為MEMS器件的易碎性質使其在外部振動環(huán)境下可能導致災難性的后果：環(huán)境的振動既有可能使梁過度彎曲導致器件表面粘附或斷裂，而長期的環(huán)境振動造成結構的往復運動還可能導致疲勞失效的產生。目前國內外對MEMS振動可靠性的研究尚不充分，人們對MEMS可靠性的研究仍然大多采用實驗的方法，而從理論分析的角度來研究：MEM

2、S器件可靠性更是比較欠缺。因此，建立合理的數學模型，形成一套較完善的理論分析和研究方法米探討MEMS器件的振動可靠性，對于MEMS器件的合理設計具有特別重要的意義，因為理論上預測可靠性可以克服實驗方法會延長開發(fā)時間和增加產品成本等缺點。 本文以MEMS器件的重要部分——表面加工多晶硅懸臂梁為例，從理論研究的角度，建立了MEMS振動可靠性的理論分析方法。 由于微懸臂梁的尺寸很小，它在振動過程中的受力情況和宏觀結構有很大差別

3、，岡此，本文首先分析了懸臂梁在微觀情況下的受力情況，引入了阻尼力和粘附力對微懸臂梁振動的影響，對宏觀的彎曲振動方程進行了修正，建立了微懸臂梁在振動過程中的數學模型，求解得到了微懸臂梁的動態(tài)響應特性，如位移分布和應力分布等。在動態(tài)響應的基礎上，分析了微懸臂梁的振動可靠性。根據梁的應力分布以及多晶硅的斷裂強度和強度理論分析微懸臂梁的斷裂失效，得到了在一定的振動中梁的幾何尺寸與位移和應力之間的關系，給出了一般的MEMS強度設計方法。