微机电系统(MEMS)是多种学科前沿技术的交叉综合,其发展受到微细加工、微装配技术、材料科学和封装可靠性等诸多因素的影响。微细加工技术加工出来的微构件一般要通过装配才能形成一个完整的系统,而传统微装配技术存在组装效率低、精度低等缺陷较大程度上限制MEMS技术的进一步发展。本课题提出的基于表面张力驱动的MEMS焊点自组装技术具有高组装效率、高精度等突出优势,能满足MEMS生产的批量化需求,具有较大实际应用价值。本文应用有限元方法,从自组装机理探讨、动态自组装模型建立和精度控制三方面对自组装技术进行研究。首先,探讨与MEMS焊点自组装相关的理论基础,如:表面张力、拉普拉斯压力、润湿理论、自对中效应和最小能量原理等。阐述基于表面张力驱动自组装技术的可行性和合理性。结合熔融焊膏拉普拉斯压力、表面张力与微构件运动之间的关系,推导当前二、三维自组装几何模型,得出自组装角度与焊膏体积、焊盘尺寸之间的关系。其次,针对当前MEMS自组装技术的二、三维几何模型和三维静态模型仿真结果精度低等局限性,应用Surface Evolver首次建立动态自组装模型,通过将自组装角度设置为优化参数,使得自组装模型在迭代计算过程中自动改变组装角度,直至达到系统能量最小点,有效地提高了计算速度和仿真结果的精度。进而重点探讨焊膏体积、焊盘长宽比与自组装角度之间的关系。研究表明:焊盘长宽比是影响焊点形态、自组装精度的一个重要参数。当焊盘长宽比大于等于0.8时,自组装角度随焊膏体积的变化曲线易出现“突变”现象,从而难以获得部分自组装角度;而当焊盘长宽比分别为0.6和0.4时,自组装角度随焊膏体积的增加而逐渐增加,没有出现“突变”现象,因此更适合MEMS自组装技术。最后,针对Surface Evolver不能进行微构件热变形和热应力分布等分析的不足,本文首先通过C语言编程获取其中焊点形态数据,然后应用ANSYS软件实现模型重建。为了进一步提高自组装精度,设计“铰链”和“自锁”机构,通过热/结构耦合分析得出微构件在“铰链”、“自锁”机构等不同边界条件下的变形和应力分布。结果表明:“铰链”和“自锁”机构的设计都可以有效提高自组装精度,并且当“铰链”处于移动构件两端时模型具有较好的综合性能,同时,“铰链”和“自锁”机构都会导致一定的应力集中和微构件变形。高精度、大批量的装配技术是MEMS技术发展的必然需求,自组装技术是将来的发展趋势。本文研究得出的动态自组装模型、焊盘长宽比设计结果、模型数据提取方法和精度控制方法对今后MEMS焊点自组装技术的发展具有一定的借鉴意义。