微电子机械系统中构件的基本力学量检测.PDF

第 12 卷　第 4 期 实　验　力　学 V o l. 12　N o. 4 1997 年 12 月 JOU RNAL O F EXPER IM EN TAL M ECHAN ICS D ec. 1997 微电子机械系统中构件的基本力学量检测 王琪民　单保祥　连东侠　张培强 ( 中国科学技术大学, 合肥, 230026) 摘要　本文就近几年在 ( ) 基本力学量 M EM S M icro E lectro M echan ical System s 测量技术的必威体育精装版发展及其特点、意义、进行了较全面的综述。内容包括:M EM S 所用材 ( ) 料的基本力学参数测量 如 、 、 , 材料的摩擦与摩损的测量, 结构内应力、应 E G M EM S 变的测量, 结构的动态参数和机构运动速度的测量等, 为M EM S 的研究提供有益的参 考。 关键词　微机电系统( ) , 力学量检测。 M EM S 1　前言 　　八十年代末, 在世界范围内兴起了对微型机电系统( ) 的研究热潮, 它标志着人类 M EM S [ 1 ] [ 2 ] 对微细观领域的探索又迈出了新的一步 , 它的发展将引起一场新的工业革命 。 虽然国际上至今对M EM S 尚无权威定义, 但一般是指整个构件大小从几亳米到微米量 级的微系统。也有人把 1～ 10 亳米的小型机械和纳米量级的分子机械也称为M EM S [ 3 ]。 ( ) ( ) M EM S 的特点是: 1 体积小、重量轻、材料省、能耗低; 2 完整的M EM S 一般是由微动 力源、微致动器、微传感器组成, 智能化程度好, 集成度高; (3) 整体惯性小, 固有频率高, 响 应 快, 易于信号实时处理; (4) 由于采用光刻、 等新工艺, 易于批量生产、成本低; (5) 它可以 L IGA 达到人手难以达到的小空间和进入人类不能直接进入的高温、放射等恶劣环境, 靠着微型机械 自律能力或对微机械群的遥控, 可以完成宏观机械难以完成的任务。 可以预见,M EM S 将在生物医药、信息、交通、航天航空、流体控制各领域中有广泛的应用。 [ 4 ] M EM S 是一个全新的多学科研究方向 , 我国无论在微电子机械系统设计、微加工工艺、 微致动技术、微机械应用等方面的研究均刚起步, 而精微材料的力学特性和物性的测定及结构 的微细观测量技术作为其研究的重要部分, 自然受到科技工作者的重视。 M EM S 构件的力学量测量, 有相当的难度。由于质量小, 测量时需尽量避免附加质量, 避 免其刚度的改变; 由于尺度小, 要求加载时作用面积极小; 由于体积小而相对表面积大, 易受环 境影响, 所以, 对测试时环境温度、振动等有较高要求; 而且用于M EM S 的测量设备, 往往为 国家自然科学基金资助项目 　 本文于 1997 年 5 月 8 日收到第1 次稿, 1997 年 11 月 20 日