[发明专利]一种微机电系统桥膜结构残余应力的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试领域，尤其是涉及一种微机电系统桥膜结构残余应力的测试方法。

背景技术

微机电系统将微电子技术和微机械加工技术等工艺手段结合起来，涉及物理、化学、生物、微电子、机械制造和设计、材料等学科，是多学科交叉的前沿技术。微机电系统结构体积小、重量轻、可以大批量生产，在航天、航空、船舶、电子等军事及民用领域具有不可替代的优势，其应用越来越广泛。

微机电系统桥膜结构在微机电系统继电器，微机电系统开关，微机电系统可变电容器等器件中大量使用。

微机电系统桥膜结构中的薄膜通常使用化学气相淀积（CVD）、电镀或溅射等工艺形成。在制备过程中，热膨胀不均、塑性变形、掺杂等因素都能导致晶格失配，从而产生残余应力。残余应力会造成薄膜弯曲、翘曲，极端情况下甚至导致薄膜与基底分离、断裂。此外，残余应力还会缩短结构的疲劳寿命。

目前残余应力的测试方法有圆片弯曲法，X射线衍射法，Raman光谱法等。圆片弯曲法需要专门制备弯曲测试用的圆片，主要反映薄膜整体的残余应力，难以适用于形状复杂的机械结构。X射线衍射法和Raman光谱法一般用于测试局部应力，同时要求建立较为复杂的理论模型。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能够相对简单的测试多种桥膜结构残余应力的测试方法。

根据本发明实施例的一种微机电系统桥膜结构残余应力的测试方法，包括以下步骤：S1、对微机电系统桥膜结构进行加载，形成载荷位移曲线，通过所述载荷位移曲线得出实测弹性系数；利用有限元软件建立无残余应力的微机电系统桥膜结构并模拟加载，形成无残余应力载荷位移曲线，通过所述无残余应力的载荷位移曲线得出无残余应力模拟弹性系数；S2、比较所述实测弹性系数和所述无残余应力模拟弹性系数的大小，确定所述微机电系统桥膜结构残余应力状态；S3、用有限元软件建立含有初始残应力的微机电系统桥膜结构，所述含有初始残应力的微机电系统桥膜结构的残余应力状态与所述微机电系统桥膜结构残余应力状态相同，并且对所述含有初始残应力的微机电系统桥膜结构进行模拟加载，得出含有残余应力的模拟载荷位移曲线，通过所述含有残余应力的模拟载荷位移曲线，得出含有残余应力模拟弹性系数；S4、改变所述初始残应力的微机电系统桥膜结构的初始残应力的大小至到所述含有残余应力模拟弹性系数和实测弹性系数相等，此时所述初始残应力的大小为所述微机电系统桥膜结构含有残应力的大小。

由于该测试方法首先通过加载微机电系统桥膜结构得出实测弹性系数，然后通过有限软件建立无残余应力的微机电系统桥膜结构并模拟加载得出无残余应力模拟弹性系数，用有限元软件建立含有初始残应力的微机电系统桥膜结构，得出含有残余应力模拟弹性系数；最后调节初始残应力至到所述含有残余应力模拟弹性系数和实测弹性系数相等即可。因此通过该测试方法可以能够相对简单的测试多种桥膜结构残余应力，避免建立复杂理论模型的缺点。

优选地，所述微机电系统桥膜结构残应力状态为张应力或压应力。

优选地，对所述微机电系统桥膜结构、所述无残余应力的微机电系统桥膜结构和所述初始残应力的微机电系统桥膜结构的加载力大小相等。

优选地，所述初始残应力是根据实测弹性系数与无残余应力模拟弹性系数大小关系进行确定。

优选地，所述载荷位移曲线的斜率为实测弹性系数，所述无残余应力载荷位移曲线的斜率为无残余应力模拟弹性系数；所述含有残余应力的模拟载荷位移曲线的斜率为含有残余应力模拟弹性系数。

优选地，通过纳米压痕仪对所述微机电系统桥膜结构进行加载。

优选地，所述微机电系统桥膜结构为双端固支微机电系统桥膜结构，对所述双端固支微机电系统桥膜结构的中点进行加载，所述无残余应力的微机电系统桥膜结构为双端固支无残余应力的微机电系统桥膜结构，对所述双端固支无残余应力的微机电系统桥膜结构的中点进行模拟加载，所述初始残应力的微机电系统桥膜结构为双端固支初始残应力的微机电系统桥膜结构，对所述双端固支初始残应力的微机电系统桥膜结构的中点进行模拟加载。

优选地，对所述双端固支微机电系统桥膜结构的中点是通过以下步骤进行确定，

S11、通过一定载荷沿所述双端固支微机电系统桥膜结构的轴向方向扫过，得出所述双端固支微机电系统桥膜结构轴向扰度最大位置点；