随着人们对MEMS产品的深入研究和开发,越来越多的MEMS产品即将走进人们日常生活中。如何有效的降低产品的成本,缩短产品的研发周期成为MEMS设计和开发的首要任务。因此近些年来,人们开始逐渐重视MEMS的可靠性设计。尤其是美国的Sandia国家实验室和喷气推进实验室(JetPropulsion Laboratory)通过大量的试验来研究MEMS器件在冲击下的可靠性。但从理论上来分析和研究MEMS器件可靠性的仍然不多,所以很有必要从理论上来分析MEMS器件的可靠性,并建立数学模型,为MEMS的设计提供参考依据。 MEMS器件在运输和使用过程中将会受到不同程度的冲击和碰撞,如器件跌落在地面上。另外应用在航空航天上MEMS器件必须能够承受一定强度的冲击。在冲击作用下,MEMS器件可能会发生断裂、分层和粘附等。因此,任何MEMS产品在使用之前必须经过冲击振动测试。表面加工悬臂梁作为MEMS器件的基本结构,可以用于RF开关、光开关、谐振器、传感器等。本文以表面加工悬臂梁为例分析了MEMS器件在冲击下的可靠性。 文中将悬臂梁看作一个质量分布参数系统,运用模态叠加法计算出悬臂梁在冲击下的位移响应和应力分布,用ANSYS进行了验证。根据位移和应力的最大值及其分布特性来选择强度理论判断MEMS器件是否出现强度失效。这为悬臂梁的强度可靠性设计和分析提供了理论依据,从而进一步优化设计,并将这种方法推广到一般MEMS器件中。 得到悬臂梁在冲击下的位移响应后,并计算出系统的总能量(包括表面力产生的表面能和形变产生的应变能),根据能量最低原理判断MEMS器件在工作中是否发生粘附失效,并将这种方法运用到MEMS器件在冲击下是否发生粘附失效的判断中,在表面能的计算中,考虑到了接触表面的粗糙度,进一步提高了分析的准确性。 本文在理论分析的基础上,提出了如何有效提高MEMS器件在冲击下的可靠性的设计方法。