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1、微机械材料力学性能测量 胥代民 张忠松 贾宏凯 吉林建筑大学 摘 要： 本文在一定程度上对微机械材料力学性质进行了研究和测量, 主要是采用了纳米压入仪和改造电光天平的方式来进行测量。关键词： 微机械; 材料力学性能; 测量; 作者简介：胥代民 (1995-) , 男, 贵州松桃苗族自治县人, 吉林建筑大学机械专业, 主要研究方向为高速切削技术。0 引言微电子机械系统是上世纪八十年代末提出来的, 再通过快速的发展之后, 形成了最活跃的发展领域。不仅仅系统应用于汽车、通讯、医疗、航空等领域, 而且在一定程度上这些系统运用的范围非常广阔, 形成了多种测量的研究方式。关于测量的方式在不断的更新和变革,
2、 传统的经典力学测量方式, 已经不能适应时代发展的需求。近年来研究在不断地深入, 避免存在了大量的力学问题。微电子机械系统主要应用的材料形态是薄膜。薄膜是微电子机械系统应用过程中的基础, 展现出来了一定的力学性能。就近几年的发展情况来看, 微电子机械力学性能可以深入的预测, 改善, 充分发挥微电子机械设备的使用, 提高器件的使用寿命和使用可靠性。主要采用的测量方法是纳米压入法, 衬底弯曲测量法和单轴拉伸法。这些测量方法通过直接和间接的方式, 在弹性模量的定义下, 对于力学的量进行测量。1 主要的测量方法1.1 薄膜残余应力测量关于薄膜中残余应力测量的最常用的方法, 大部分是根据衬底的弯曲形状和
3、弯曲规律进行测量的。在测量的过程中, 需要经历的释放, 旋转和亮片微旋转的方式。这样才能够进行测量, 确保微机械材料的残余力方法, 可以进行很好的测量。在测量的过程中, 使用的测量材料是需要进行整体宏观位移来定位的。通过这些方法的测量, 在材料的内部和微观结构上, 进行分析, 对于材料的局部区域的残余粒大小进行分析。这些力学测量的方式, 可以提取出采用率的数值, 来促进测量的精准性。通常情况下这种研究, 无论是从理论上还是有关于微电子机械系统实际操作上, 都有一定的意义。这些系统的研究, 站在科研的重要领域上, 而且这些研究方式在很大程度上已经不能适合薄模材料的研究了。在一定程度上, 人们需要
4、对于薄膜力学性能的方式和方法, 进行详细的分析研究, 以此来确定微机械材料测量的主要方式。1.2 纳米压入法测量通过利用纳米压入法测量的过程中, 需要对于纳米压入法的位移分辨率和加载进度, 进行及时的准确的测量。明确测量的精度和位移的曲线, 在测量的过程中要充分利用测量的广泛性, 而且在测量研究的过程中, 要明确测量硬度和实验的需求。在测量的过程中, 往往加载和卸载曲线的时候, 样品会发生一定的弹性变化。这些弹性变化就会导致取向存在了非线形的状态, 因此在分析的过程中, 可以加载和卸载曲线。通过材料的杨氏模量和纳米硬度的方式来进行分析。在运用纳米压入法测量的时候, 主要困难的地方和误差存在的来
5、源, 大部分都是因为杨式模量和硬度之间存在的差异。在测量的过程中, 要明确被测材料之间产生的弹性深度, 或者是产生的塑形深度也要开展一定的研究。1.3 衬底弯曲法在使用衬底弯曲法测量的过程中, 应该注重薄膜残余应力是否会导致衬底存在一定的弹性弯曲。在测量时, 要明确薄膜生长前后之间存在的挠度和曲进半径之间的变化。明确薄膜之内存在的平均残余应, 在测量时要按照相应的测量方式, 来进行残余应力的测量。可以通过悬臂梁法和测量形成的曲经半径的方式来进行很好的测量。在测量的过程中, 可以先将测量时物体的光的颜色和激光的测距之间的反应来分析, 对于曲率半径之间存在的变化进行分析, 从而测量出来薄毛中的残余
6、应力。在测量的过程中, 可以明确薄膜生长过程中残余应力的演化过程, 按照相应的方式和方法来测量薄膜的大小, 来分辨存在过程中的测量。但是这样测量方式, 也会存在一定的问题, 就是测量过程中会存在误差较大的现象。1.4 载荷位移法在应用载荷位移法测量时, 首先可以做的就是单轴拉伸实验。这项实验是最为直接的一种实验方法, 可以将杨氏模量的形成进行标准型的测量。而且在测量过程中, 可以明确受力均匀的面积, 而且测量的实验还可以解释数据的通用性。由于薄膜中残余应力, 在测量过程中的厚度存在分布不均的情况。因此在测量时, 要存在着轴或者是弯曲的损伤的时候, 都会影响测量的结果。但是这种方式是力学测量研究
7、中较早, 而且研究成果取得的较多的一种测量方式。薄膜材料本身就具有较高面积的体积比, 在表面力对于微机械力学产生影响的过程中, 会随着薄毛的厚度的减小而不断的增加。在一定程度上, 关于薄膜厚度的研究中, 可以增强薄膜的断裂强度。这样可以完善单轴拉伸实验, 可以保证薄膜下降的现象, 明确缺陷的浓度和高度。在测量过程中, 还可以采用悬臂梁实验的方式, 开展薄膜力学的检测。在测试微机械力学时, 可以明确锻炼的强度和微机械力学中产生的同性薄膜。在测量的过程中, 可以分析同性材料, 悬臂梁中产生的厚度变化。从最大的应变比中, 来分析测量的过程和精准度。关于薄膜力学性能测量过程中骨膜实验也是最初的一种测量
8、方式。通过在外力压力中凹陷出来的一种形状和高度进行测量。按照相应的高度和压力进行曲线性的分析。早期的骨膜实验, 主要集中在对于金属薄膜的研究过程中。1.5 薄膜微桥挠曲法这种方法在测量过程中, 主要是研究微桥的加载和挠度通过这种方式来进行材料力学性能的测量方式, 这种测量方式主要是在一定程度上, 需要结合纳米压入仪和微桥的方法对于单晶硅和氧化硅之间进行测量。1.6 共振频率法在使用共振频率法测量时, 需要测量出一定的尺寸和微桥的共振频率。以此来测量材料力学的性能在测量的过程中, 可以先固定两端的微桥。然后开展实验, 在实验的过程中, 可以研究电压产生的一定的震动。根据振动来提高实验的灵敏度,
9、在测试的过程中可以明确测试的过程, 而且要了解测量过程中反射出来的激光束。明确测量是的振幅频率进行观测, 改变原本的电压频率在测量时发出一定的频率, 来得到相应的共振频率。2 对于破坏强度的测量2.1 加载变形法装置和弹性模量测量的过程中, 采用的装置相同。当超过一定数量的时候, 就会导致测量时候的结构, 发生一定的破坏和变化。在一定程度上需要研究结构破坏的程度, 在明确了结构破坏的程度的过程中, 以此来研究结构破坏的面, 显微镜下可以观察结构的裂缝和随时间生长的情况。2.2 单轴拉伸法采用单轴拉伸法进行测量的过程中, 要明确测量的结构和测量过程中产生的平面上加力。在测量时, 对于两侧的扭转梁
10、式悬臂的样品, 要按照箭头的方向明确产生的拉力。按照相应的实验, 明确实验中的原理、样品产生的方向和离心率的不断拉升的情况。在遭到破坏时, 要明确产生的破坏原因, 而且要根据相应的破坏标准, 明确产生两端拉力的原因。根据静电的吸引力将产生的拉力拉断。2.3 临界破坏法这种方法在采用过程中, 它的原理和应力测试过程中产生的方式类似, 而且在测试的过程中还会制造出不同的桥。在桥设置过程中需要宏粱桥的宽度而且要保证宽度。固定桥中央形成一定的切口, 按照相应的切口, 在一定程度上集中压力和桥之间的宽度, 并且保证宽度具有一定的数值。这样在接口处的端口裂开, 也会从内部应力可以得知开裂时的桥宽, 而求出
11、开裂过程中的韧性。在一定程度上如果在测试过程中, 存在的应力测试方式相似, 那么就导致测量过程中拉应力的凸模材料需要不断转化应变的结构。3 结束语本文在一定程度上, 通过介绍各种微型构件力学测量的方式和方法, 满足对于微型构件测量时方法的应用。随着微型电子测量方式的不断进步, 测量方式中也会存在一定的瓶颈状态。所以在测量的过程中, 应该根据相应的测量方式和方法, 明确测量的要求, 按照一定的测量方式和实验完成测量。参考文献1宋生志.微机械材料力学性能测量装置的测控系统设计研究D.北方工业大学, 2009. 2宋生志, 何广平.基于 DSP 的微机械材料力学性能测控系统的硬件设计J.科技信息, 2009 (05) :77-78.
