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研究生: 高國書
Kuo-Shu Kao
論文名稱: 微懸臂元件之疲勞特性研究
Investigation of Fatigue of a Microcantilever Component
指導教授: 賀陳弘
Hong Hocheng
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 微機電系統微懸臂樑磁力疲勞壽命
外文關鍵詞: MEMS, Micro-Cantilever Beam, Magnetic Force, Fatigue Life
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  • 本文主要探討微懸臂樑結構承受變動磁力負載作用時,微懸臂樑的疲勞壽命。微懸臂樑結構經由微機電系統製程技術如:曝光(Exposure)、顯影(Lithography)、蝕刻(Etching)等於4吋之矽晶片上製作。本研究利用電子顯微鏡(SEM)觀察疲勞破壞試片之斷面型態,以瞭解微懸臂樑的疲勞破壞特徵和顯微結構的變化。微懸臂樑經由磁力負載,經由改變施加磁通量參數,可獲得不同的疲勞壽命值。同時利用有限元素分析微懸臂樑受磁力負載作用時的應力及應變,以電腦輔助模擬分析施加磁力與位移之間的關係。經由理論模擬和實驗比較,建立微懸臂樑之疲勞分析模式。


    The fatigue behavior of the micro cantilever beam loaded by various magnetic forces is investigated. The MEMS fabrication techniques, such as exposure, lithography, etching, etc., are applied to manufacture the micro structures on silicon wafer. FEM and SEM are employed to analyze the fractographies, stresses, and strains. The experimental results show that the deformation, stress and strain increase as the magnetic force increases. Besides, the fatigue cycle time decreases while the load raises or the beam length increases.

    目 錄 中文摘要 ………………………………………………………Ⅰ 英文摘要 ………………………………………………………Ⅱ 誌謝 ……………………………………………………………Ⅲ 符號表 …………………………………………………………Ⅳ 目綠 ……………………………………………………………Ⅵ 表目綠 …………………………………………………………Ⅸ 圖目綠 …………………………………………………………Ⅹ 第一章 緒論 ………………………………………………1 1-1研究動機 ………………………………………………….1 1-2文獻回顧 ………………………………………………… 2 1-2-1 彎曲測試 ……………………………………………3 1-2-2 拉伸測試 ……………………………………………6 1-2-3 疲勞測試 ……………………………………………11 1-3研究目的 ………………………………………………… 14 第二章 基本理論分析 ……………………………………16 2-1疲勞理論推導 ………………………………………… 16 2-2電磁力理論推導 ……………………………………… 18 2-3樑結構變形理論推導 ………………………………… 20 第三章 實驗規劃與實驗設備 ……………………………25 3-1實驗規劃 ……………………………………………… 25 3-2微懸臂試片製程 ……………………………………… 27 3-3疲勞壽命量測 ………………………………………… 30 3-4實驗設備 ……………………………………………… 32 第四章 有限元素分析 ……………………………………40 4-1 ANSYS軟體分析…………………………………………40 4-2材料力學理論解…………………………………………41 第五章 實驗結果與討論 …………………………………53 5-1微懸臂樑製程結果 …………………………………… 53 5-1-1 外型輪廓 …………………………………………53 5-1-2 表面與組織 ………………………………………53 5-2 微懸臂樑力學行為量測結果 …………………………54 5-2-1彎曲變形量 ……………………………………… 54 5-2-2彎曲應力 ………………………………………… 55 5-2-3彎曲應變 ………………………………………… 56 5-2-4疲勞壽命 ………………………………………… 56 5-2-5疲勞破斷面 ……………………………………… 58 5-3 理論值與實驗數值比較 …………………………… 59 5-3-1彎曲變形量 ……………………………………… 59 5-3-2彎曲應力 ………………………………………… 60 5-3-3彎曲應變 ………………………………………… 61 5-4 理論值與實驗值差異原因探討 ………………………62 第六章 結論與建議 ………………………………………81 6-1 結論 ……………………………………………………81 6-2 未來研究建議 …………………………………………82 參考資料 ………………………………………………………84

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