mems电镀铜薄膜疲劳特性和寿命预测的研究

《mems电镀铜薄膜疲劳特性和寿命预测的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要MEMS不是传统机械的简单几何缩小，当MEMS构件细微到微纳米尺寸后，其本身的力学、物理性质均有显著变化。在宏观块体下所测得的材料弹性模量、拉伸强度、断裂韧性及疲劳强度等并不一定适用于MEMS的设计。块体机械疲劳现有的研究理论、方法是否适用于微机械还有待进一步研究。本文首先利用微机械加工中的准LIGA工艺，根据准LIGA工艺的要点以及铜薄膜的制作工艺流程，设计并制作了试验用微米级电镀铜薄膜试件，进行了三维视频显微结构观察，试件符合试验要求。然后利用MMT-11N微机械疲劳试验机完成了电镀铜薄膜光滑件和半圆型

2、缺口件的疲劳拉伸试验，获得了光滑件与缺口件的S．N曲线，确定了电镀铜薄膜循环应力应变曲线和应变寿命曲线，并利用局部应力应变法对缺口件寿命进行预测，预测结果较好，表明局部应力应变法在微机械疲劳中具有一定的适用性。研究结果表明，铜薄膜表现出循环硬化行为，其断裂方式以沿晶断裂为主。文中还对粗晶、细晶电镀铜薄膜和块体铜的S-N曲线做了对比。最后本文根据微机械疲劳试验的特点，提出了基于超磁致伸缩原理的微机械疲劳试验装置，设计了拉伸、弯曲、弯扭组合三种试件。由于弯扭组合疲劳试验在微机械疲劳试验中难以实现，因此本文的设计可引

3、导该创新课题的研究，具有一定的创新性。关键词微机电系统；疲劳；电镀铜薄膜；寿命预测；超磁致伸缩原理北京工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTMEMSisnotasimplegeometricreductionofthetraditionalmachinery．Ifthecomponentsaccesstomicro-nano—size，themechanicsandphysicalpropertiesofthesematerialswillsignificantlychange．Theelasticmodul

4、us，tensilestrength，fracturetoughnessandfatiguestrengthofmaterialsmeasuredunderthemacro-blockconditionmaynotbeapplicabletoMEMSdesign．WhethertheexistingtheoryandmethodsofbulkmechanicalfatigueCanbeusedinMEMSstillneedstobestudiedfurther．Inthispaper,notchedandsmo

5、othspecimenswereproducedforfree-standingelectroplatedcopperfilms、析thLIGA-likeprocessatmicrondimension．Withtheobservationofthree-dimensionalvideo，thespecimensmetthetestrequirements．ThetensilefatiguetestswerecompletedbyusingMMT-11Nmechanicalfatiguetestingmachi

6、ne．S-Ncurve，cyclica--Ecurveand￡一Ncurvewereobtained．Basedonthemodifiedlocalstress-strainapproach，fatiguelivesofnotchedspecimenswerepredicted．Theresultswerefoundingoodagreement、析ththeexperimentalfatiguelives，whichprovedthatsomeofthetraditionalfatigueresearchme

7、thodscouldbealsousedinMEMS．FatiguefractograghyobservationshowedthatfracturemodeWasintergranularfractureform．Cyclichardeningbehaviorwasfoundduringthefatigueprocess．Acomparisonofcoarse—grained，fine—grainedelectroplatedcopperfilmsandbulkcooperisalsodescribedint

8、hepaper．Finally,accordingtothecharacteristicsofmicro-mechanicalfatiguetest，amicro—mechanicalfatiguetestingdevicebasedonmagnetostrictiveprinciplewasinvented．Threekindsoffatiguespecimens，tension，b