微構(gòu)件拉伸測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著MEMS的發(fā)展，微構(gòu)件材料力學(xué)性能研究越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究人員的重視，但是目前測(cè)試所得微構(gòu)件材料的力學(xué)性能參數(shù)分散性很大，甚至連最基礎(chǔ)的彈性模量都沒(méi)有一個(gè)一致公認(rèn)的結(jié)果。在進(jìn)行MEMS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺乏有關(guān)微構(gòu)件材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還沒(méi)有建立起一個(gè)有效的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這嚴(yán)重阻礙了MEMS的發(fā)展。因此，本課題以MEMS材料力學(xué)性能測(cè)試為切入點(diǎn)，深入進(jìn)行MEMS典型材料的測(cè)試測(cè)量技術(shù)研究，目的是為典型的MEMS器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和

2、工藝加工提供理論指導(dǎo)與數(shù)據(jù)支持。進(jìn)而提高M(jìn)EMS器件性能、成品率和可靠性。 在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，本文的主要工作就是設(shè)計(jì)并搭建了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、測(cè)試精度較高的微構(gòu)件力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，并進(jìn)行了微米量級(jí)的單晶硅試樣拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)。該測(cè)試系統(tǒng)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)力；采用壓阻式微力傳感器對(duì)加載在試樣上的拉伸力進(jìn)行片外檢測(cè)；采用電感式位移傳感器對(duì)拉伸試樣位移進(jìn)行檢測(cè)；采用微定位裝夾機(jī)構(gòu)對(duì)試樣進(jìn)行安裝調(diào)整；采用CCD測(cè)量技術(shù)對(duì)

3、試樣裝夾、加載過(guò)程進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；采用數(shù)據(jù)采集卡和圖像采集卡采集測(cè)試數(shù)據(jù)與工控機(jī)交互。同時(shí)，針對(duì)壓電陶瓷存在的遲滯、蠕變等不利特性對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行閉環(huán)PID控制算法研究，針對(duì)微力傳感器存在輸出位移現(xiàn)象對(duì)整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體剛度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言編寫(xiě)微構(gòu)件拉伸測(cè)試監(jiān)測(cè)控制軟件，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示保存、圖像采集、視頻采集、圖像標(biāo)定、圖像應(yīng)用和壓電陶瓷閉環(huán)PID控制等功能。最后進(jìn)行了五次單晶硅試