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東莞市博世機(jī)電設(shè)備有限公司
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閱讀：643發(fā)布時(shí)間：2013-7-10
目前，激光切割機(jī)微系統(tǒng)和器件所使用的材料多以單晶硅、多晶硅、氧化硅和一些金屬，還有聚酰亞胺等高分子材料?；緲?gòu)件主要有細(xì)絲、懸臂梁、微橋、薄膜、齒輪和微軸承等，由這些基本構(gòu)件組合成的結(jié)構(gòu)不是傳統(tǒng)機(jī)械的簡單幾何縮小。當(dāng)構(gòu)件細(xì)微到微米／納米尺度后，材料本身的力學(xué)、物理性質(zhì)及其受環(huán)境影響的程度有顯著變化，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等。由于激光切割機(jī)加工工藝、結(jié)構(gòu)尺寸不同，即使是同樣的材料也會(huì)表現(xiàn)出不同的材料特性，常規(guī)條件下的材料的力學(xué)性能參數(shù)已經(jīng)不能滿足MEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。在微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造中比較常見的材料特性測(cè)量包括測(cè)量材料的斷裂模數(shù)、彈性模量、應(yīng)力應(yīng)變、微摩擦特性等。目前，微系統(tǒng)材料激光切割機(jī)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)具體按作用方式的不同將實(shí)驗(yàn)方法分成納米硬度、彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)這幾大類，每一大類中又包含數(shù)種測(cè)試方法。
（1）接觸法
接觸法使用較廣，主要將壓針直接作用在試樣上。所用儀器主要有納米硬度計(jì)及其類似裝置、原子力顯微鏡等。
（2）非接觸法
zui初的鼓膜實(shí)驗(yàn)是用機(jī)械的方法將自由膜固定在一個(gè)具有圓孔的基體上，通過控制薄膜兩側(cè)的氣壓差使薄膜凹或凸起，測(cè)量在加壓力下薄膜中心的撓度，然后將壓力一撓度曲線轉(zhuǎn)化為應(yīng)力一應(yīng)變曲線，從而得到薄膜的力學(xué)性能。
（3）諧振法
通過檢測(cè)諧振頻率計(jì)算微梁的模量，是一種較早采用的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。一種針對(duì)MEMS中zui主要的基本構(gòu)件微懸臂梁、細(xì)絲、微橋和微軸承，采用彎曲法，基于USB接口的MEMS材料力學(xué)性能測(cè)控系統(tǒng)如圖所示。該系統(tǒng)由北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院微技術(shù)部開發(fā)，其硬件主要包括測(cè)試機(jī)、測(cè)控卡和計(jì)算機(jī)三大部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)實(shí)物和硬件邏輯關(guān)系。激光切割機(jī)系統(tǒng)的軟件主要包括USB控制器芯片內(nèi)部的固件程序（firmware）、上位機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、上位機(jī)應(yīng)用程序三個(gè)部分。測(cè)試機(jī)是對(duì)式樣進(jìn)行力學(xué)加載實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過三維精密移動(dòng)臺(tái)的相互配合，其定位精度達(dá)到l~mo式樣加載臺(tái)位于步進(jìn)電動(dòng)平移臺(tái)上，步進(jìn)電機(jī)通過精密絲杠傳動(dòng)，帶動(dòng)式樣加載臺(tái)，并通過壓針對(duì)式樣進(jìn)行接觸式力的加載。其移動(dòng)距離分辨率優(yōu)于0.1um.在加載的同時(shí)，通過微觸力傳感器和位置傳感器（PSD）測(cè)量加載力的大小和壓針位移的大小，從而得到式樣受到力的大小和式樣形變的大小。在測(cè)量的過程中配以合適的測(cè)量方法使該系統(tǒng)的載荷分辨率達(dá)到2mN，位移分辨率優(yōu)于lum.
對(duì)激光雕刻機(jī)靜態(tài)參數(shù)測(cè)量主要是針對(duì)微小構(gòu)件的二維或三維尺寸、三維形貌的精密測(cè)量。目前，激光雕刻機(jī)光切法、干涉法、共焦顯微干涉法等非接觸測(cè)量方法已經(jīng)成為對(duì)微/J、構(gòu)件幾何量精密測(cè)量的主要方法，其中，將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與光學(xué)顯微技術(shù)相結(jié)合的微視覺測(cè)量方法越來越受到重視。
微視覺激光雕刻機(jī)測(cè)量技術(shù)在微幾何量檢測(cè)領(lǐng)域越來越得到重視。對(duì)亞微米級(jí)的微機(jī)械量和幾何量的檢測(cè)和計(jì)量手段有：掃描電子顯微鏡（SEM）、掃描探針顯微鏡（SPM）、干涉顯微鏡、高精度輪廓儀、光電坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM—Opt）等。其中，SEIM和SPM的測(cè)量范圍分布在幾納米到200um；白光干涉顯微鏡測(cè)量范圍分布在0.05um～0.6mm；輪廓儀測(cè)量范圍分布在0.1um~5mm；采用光探針（OpticalProbe）CMM測(cè)量范圍分布在1um～lOOOmm；具有機(jī)械式測(cè)頭（Me-chanicalProbe）的cMM對(duì)微機(jī)械量和幾何量檢測(cè)和計(jì)量相對(duì)較困難；激光雕刻機(jī)掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）就其測(cè)量精度和范圍屬于納米測(cè)量手段。
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