微电子机械系统力学性能及尺寸效应PDF电子书下载

前言 1

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 MEMS及其发展 1

1.1.2 研究力学性能及尺寸效应的意义 3

1.2 国内外研究现状分析 4

1.2.1 国内研究现状 4

1.2.2 国外研究现状 5

1.2.3 力学性能测试方法 6

1.3 本文主要研究内容 12

第2章 MEMS尺寸效应的分析模型及应用 15

2.1 引言 15

2.2 尺寸效应的内涵 15

2.2.1 尺寸效应的基本概念 15

2.2.2 尺寸的范畴 16

2.2.3 尺寸效应的研究目标 17

2.3 尺寸效应的分类 19

2.3.1 尺寸的相对性和绝对性 19

2.3.2 几何尺寸效应 20

2.3.3 力的尺寸效应 21

2.3.4 其他物理性能的尺寸效应 22

2.4 尺寸效应的数学模型及其分析 23

2.4.1 广义尺寸效应和狭义尺寸效应 23

2.4.2 狭义尺寸泛函 23

2.4.3 基本初等函数表示的尺寸效应 24

2.4.4 复杂函数表示的尺寸效应 28

2.4.5 分析模型的应用举例 29

2.5 本章小结 31

第3章 单晶硅微桥式梁力学性能的弯曲测试及尺寸效应分析 33

3.1 引言 33

3.2 梯形截面的几何特性 34

3.2.1 梯形截面的形心 34

3.2.2 梯形截面的惯性矩 35

3.2.3 惯性矩的尺寸效应分析 36

3.3 单晶硅微桥式梁试件加工 38

3.3.1 硅材料的特点 38

3.3.2 微细加工和集成制造 39

3.3.3 微桥式梁的加工工艺 40

3.4 微桥式梁的支反力及弯矩 41

3.4.1 微桥式梁的力学假设 41

3.4.2 微桥式梁的支反力 42

3.4.3 微桥式梁的弯矩 43

3.5 微桥式梁的弯曲测试及力学参数计算 44

3.5.1 微桥式梁的弯曲测试 44

3.5.2 微硬度计算 45

3.5.3 单晶硅的弹性模量 46

3.5.4 多晶硅的弹性模量 47

3.6 实验结果分析 48

3.6.1 微梁样品的几何参量 48

3.6.2 微梁弯曲测试结果 49

3.7 本章小结 50

第4章 单晶硅微桥式梁弯曲强度的Weibull分布及断裂特性分析 52

4.1 引言 52

4.2 阵列微梁样品 53

4.3 单晶硅微桥式梁弯曲强度 54

4.3.1 弯曲强度的线弹性分析 54

4.3.2 弯曲强度的Weibull分析 55

4.3.3 Weibull参量的最大似然估计值 57

4.3.4 弯曲强度的统计分析 58

4.3.5 弯曲强度的尺寸效应 59

4.4 单晶硅微桥式梁弯曲断裂特性分析 61

4.4.1 脆性材料的理想化断裂 61

4.4.2 Griffith断裂理论 62

4.4.3 Griffith理论修正 63

4.4.4 微梁试件的断面 65

4.4.5 单晶硅微梁断裂的应变设计 66

4.5 本章小结 67

第5章 基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技术的微摩擦测试仪力传感器尺寸优化 68

5.1 引言 68

5.2 QFD/TRIZ/FUZZY集成创新设计数学模型 68

5.2.1 QFD质量功能配置方法 69

5.2.2 解决冲突问题的TRIZ理论 70

5.2.3 基于FUZZY设计优化技术的模糊层次分析法 73

5.3 基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技术的微摩擦测试仪力传感器尺寸优化 74

5.3.1 微摩擦测试仪力传感器的质量屋 74

5.3.2 技术冲突矛盾的解决方案 76

5.3.3 基于FUZZY优化技术的设计评价 78

5.4 本章小结 80

第6章 MEMS残余应力分析 81

6.1 引言 81

6.2 薄膜残余应力 82

6.2.1 热膨胀系数 82

6.2.2 热失配应力 84

6.2.3 本征应力 85

6.2.4 单层薄膜和多层薄膜残余应力 88

6.2.5 残余应力梯度 89

6.3 残余应力的测量方法 91

6.3.1 谐振频率法 92

6.3.2 鼓泡法 93

6.3.3 拉曼光谱法 94

6.3.4 X射线衍射法 95

6.3.5 微悬臂梁法 96

6.4 残余应力的释放和控制 96

6.4.1 残余应力的释放 96

6.4.2 残余应力的控制 97

6.5 本章小结 98

第7章 静电微泵的研究 100

7.1 引言 100

7.2 微泵简介 100

7.3 静电微泵结构的理论建模 102

7.3.1 振膜式静电微泵的结构及其工作原理 102

7.3.2 泵膜的理论分析 103

7.3.3 阀单元分析 109

7.3.4 微泵流量及压力 116

7.4 静电微泵致动特性及其尺寸效应分析 118

7.4.1 尺寸效应的数学模型 118

7.4.2 静电驱动及尺寸效应 121

7.4.3 静电吸合及尺寸效应分析 123

7.5 静电微泵的动态分析 128

7.5.1 微泵的有限元分析 128

7.5.2 微泵流体有限元分析 136

7.5.3 静电微泵泵膜等效电路 139

第8章 微机械陀螺的动力学特性研究 142

8.1 引言 142

8.2 微机械陀螺的动力学方程的建立 142

8.2.1 振动陀螺的基本原理 143

8.2.2 微机械振动式陀螺的数学模型 145

8.2.3 微机械陀螺中弹性梁的分析 146

8.2.4 微机械陀螺中的空气阻尼分析 149

8.3 微机械陀螺中静电驱动及其作用 157

8.3.1 微机械陀螺的静电驱动 159

8.3.2 静电调节模态匹配 161

8.3.3 静电负阻尼 162

8.3.4 静电吸合 164

8.4 微机械陀螺的动力学特性分析 166

8.4.1 拉格朗日方程 166

8.4.2 利用拉格朗日方程建立微机械振动式陀螺的动力学方程 168

8.4.3 微机械陀螺的动力学特性分析 170

8.5 微机械陀螺中的主要误差及噪声分析 175

8.5.1 微机械振动式陀螺的误差分析 175

8.5.2 微机械振动式陀螺的噪声分析 180

8.5.3 残余应力对微机械陀螺动力学特性的影响 181

8.6 微机械振动式陀螺的有限元模拟 184

8.6.1 振子框架式微机械振动式陀螺仪的结构及工作原理 185

8.6.2 振动模态分析 186

8.6.3 各主要结构尺寸变化对陀螺模态频率的影响 188

参考文献 192