微电子机械系统和流体流动

出现于８０年代后期的微机械工艺技术可提供微米尺度的传感器和致动器．这些微型转换器与信号调节和处理电路集成后，组成了可执行分布式实时控制的微电子机械系统（ＭＥＭＳ）．这种性能为流动控制研究开辟了一个崭新的领域．另一方面，由于微米尺度结构中表面积与体积之比很大，在流体流经这些微小机械器件时，表面效应占据了主导地位．为此需要重新审视动量方程中的各类表面力项．由于它们非常小，气体流动具有很大的Ｋｎｕｄｓｅｎ数，所以边界条件也应加以修正．总之，微电子机械系统（ＭＥＭＳ）不但是一项实用技术，也为流动机理的基础研究提出了许多挑战．     

微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

微电子机械系统（MEMS）面内位移的扫描离子束云纹法实验研究

本文提出应用扫描离子束云纹法测量微电子机械系统面内变形的新方法。对该方法的测量原理以及实验技术进行详尽地阐述，通过平行云纹典型实验对本方法的测量精度进行了检验。成功地将扫描离子束云纹法应用于微悬臂梁表面氧化层随时间生长所引起的变形测量，实验结果表明了该方法的可行性。     

光学方法在微电子封装中的应用

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环. 影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度. 在微电子封装热应力分析和可靠性评估中,实验力学起着重要的作用. 凭借其内在的并行处理能力, 实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量,因而它也被广泛地用于微电子封装领域. 本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用,并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收.     

光学方法在微电子封装中的应用

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环。影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度。在微电子封装热应力分析和可靠性评估中，实验力学起着重要的作用。凭借其内在的并行处理能力，实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量，因而它也被广泛地用于微电子封装领域。本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用，并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收。     

光学方法在微电子封装中的应用(英文)

热应力分析在微电子封装的设计和制造中是非常重要的一环。影响微电子封装可靠性的因素包括封装结构中的温度分布、热致变形和关键界面上的层间粘结强度。在微电子封装热应力分析和可靠性评估中,实验力学起着重要的作用。凭借其内在的并行处理能力,实验力学中的光学方法可以提供现场的、具有各种敏感度和解析度的全场位移测量,因而它也被广泛地用于微电子封装领域。本文讨论了光学方法在微电子封装热应力分析中的应用,并举实例来说明光学方法是如何地被用于微电子封装技术的研发以及考核验收。     

云纹干涉法现场测量技术及其在微电子封装中的应用

本文研制了多功能微观云纹干涉仪系统.该系统可以现场测量电子封装组件热疲劳、热湿耦合、热载荷引起的变形,被应用于电子封装组件的可靠性分析中.由现场云纹干涉技术测得的疲劳寿命与加速热循环实验的结果相吻合.本系统还被应用于铜焊点的断裂行为分析中.实验证明本系统可以测量多层结构材料的应力强度因子、应变能释放率以及位相角.     

转矩转速测量装置示值引用误差测量不确定度评定

指出了JJG924-1996《转矩转速测量装置》中对转矩转速示值测量不确定度评定时存在的4 个问题. 同时给出了对转矩转速示值引用误差进行测量不确定度评定的一种新方法，给出了一个 实例来说明该方法的具体应用.     

机械系统中摩擦模型的研究进展

摩擦现象在机械系统中的作用日益突出, 合理地解决机械系统中摩擦环节尤其是非线性摩擦环节的制约问题 已成为当前研究的重点. 由于摩擦的复杂性, 很难从机理上获得其准确唯一的数学模型, 迄今已提出的摩擦模 型有数十种. 鉴于目前机械系统中摩擦建模的发展状况, 首先描述了几种重要的摩擦现象, 如库仑摩擦、黏性 摩擦、Stribeck效应、预滑动摩擦、可变的静态摩擦力和摩擦记忆效应等. 其次, 系统地介绍了几种较为重要的、 常用的摩擦模型, 包括6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型, 并对每一种模型的构成, 特点和适用范围等 进行了较为详细地论述. 比较而言, 静态摩擦模型结构简单, 参数辨识容易, 但是无法描述摩擦的动态特性, 动态摩擦模型能够比较全面的描述摩擦现象, 但结构复杂, 参数辨识难度较大. 再次, 简要概述了摩擦建模 对机械系统动力学行为的影响, 以及在高精度定位系统的控制中的作用. 最后, 针对当前机械系统中摩擦建 模方面存在的一些不足提出了几点展望. 为今后摩擦模型的选用和新摩擦模型的建立提供了参考.     

显微云纹技术在微电子器件力学测量中的应用

电子工业的不断发展促进了电子器件的微小型化,作为新型产品设计基础的微电子器件可靠 性分析成为人们非常关注的问题. 力学参数的测量可以为可靠性评价提供有价值的实验依据. 概括总结了显微云纹技术的发展,主要介绍了云纹干涉法和扫描显微镜云纹方法及其在 微电子器件全场变形场测量中的应用.     

MEMS电容式加速度计的四拱梁悬挂设计与参数优化

微机械结构的设计是MEMS电容式加速度计研究的重要内容。本文设计了一款四拱梁悬挂的MEMS电容式加速度计结构,建立了四拱梁悬挂结构的力学模型,对拱梁的结构参数进行了优化分析并获得了最优悬挂参数,接着利用COMSOL软件对微机械结构的自振特性进行了分析,并研究了静电对微结构自振频率的影响。研究表明,设计的四拱梁加速度计具有结构稳定、敏感方向位移灵敏度好、自振频率可调等特点,可为高性能的MEMS电容式加速度计的研制提供理论参考。

     

Angular Dependence of Rayleigh-Wave Velocity in Prestressed Polycrystalline Media with Monoclinic Texture

This article is concerned with Rayleigh waves propagating along the free surface of a macroscopically homogeneous, prestressed half-space. In the meso-scale, the half-space in question is taken to be a textured polycrystalline aggregate of cubic crystallites, which has the normal to its free surface being a 2-fold axis of monoclinic sample symmetry. Under the theoretical framework of linear elasticity with initial stress, an angular dependence formula, which shows explicitly how the phase velocity of Rayleigh waves depends on the propagation direction, the prestress, and the crystallographic texture, is derived from a constitutive equation motivated by Hartig's law. This velocity formula includes terms which describe the effects of texture on acoustoelastic coefficients, and it is correct to within terms linear in the initial stress and in the anisotropic part of the incremental elasticity tensor. Since its derivation makes no presumption on the origin of the initial stress, this velocity formula is meant to be applicable when the prestress is induced by plastic deformations such as those incurred during the surface enhancement treatment of low plasticity burnishing. The angular dependence formula assumes a simpler form when the texture of the prestressed half-space is orthorhombic. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于MEMS和光学读出的非制冷红外成像技术

由于军事和商业应用的巨大潜力,红外成像技术至今仍是研究热点之一。针对本课题组提出的基于MEMS和光学读出的新型非制冷红外成像技术,本文一方面通过有限元仿真分析,详细讨论了新型无基底双材料微梁阵列FPA的热转换效率和热变形效率,另一方面通过光学理论分析,详细讨论了光学读出系统在极限操作下的光学测量灵敏度。理论和仿真分析显示,课题组提出的非制冷红外成像技术的NETD的理论极限与当前制冷型红外成像技术的典型指标相当,约为4mK。同时,本文对设计制作的FPA,在构建的系统上进行了红外实时成像实验和理论仿真分析,显示其系统级NETD已达到110mK。     

弹道靶线圈法测速的研究

本文介绍了一种新的用于弹道靶实验的测速方法.该方法用线圈作为测速的探测装置,结合自行设计的计时装置——单次双路测速仪,组成一套测速设备.实验表明,该设备装置简单,造价低,抗干扰能力强,对模型无破坏作用,测量精度高.本方法在目前国内弹道靶实验中尚属首次使用.     

大型精密离心机光栅测角系统的设计与实现

对JML－1大型精密离心机主轴光栅测角系统的关键技术进行了研究,给出了如何解决光栅测角系统的精度问题。抗干扰问题和动态测角问题的设计方法及测试结果。     

Electro-mechanical coupling analysis of MEMS structures by boundary element method

In this paper, we present the applications of Boundary Element Method (BEM) to simulate the electro-mechanical coupling responses of Micro-Electro-Mechanical systems (MEMS). The algorithm is programmed in our research group based on BEM modeling for electrostatics and elastostatics. Good agreement is shown while the simulation results of the pull-in voltages are compared with the theoretical/experimental ones for some examples. The project supported by the 973 Program (G199033108) and the national Natural Science Foundation of China (10125211)     

超高速小弹丸激光片光测速系统的研制及应用

为满足轻气炮实验中对超高速小弹丸的测速需求,研制了一套激光片光测速系统.系统采用片光压缩技术、光谱滤光技术以及电路滤波和宽带放大技术,解决了超高速小弹丸测速成功率低和易受干扰的问题,测速信号具有较高的信噪比.在轻气炮实验中,该系统实现了对高速小弹丸的速度测量,与激光光束遮断法对比,测量结果的不一致性小于1％,系统的测量...     

微电子机械系统中构件的基本力学量检测

本文就近几年在ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）基本力学量测量技术的最新发展及其特点、意义、进行了较全面的综述。内容包括：ＭＥＭＳ所用材料的基本力学参数测量（如Ｅ、Ｇ、μ），材料的摩擦与摩损的测量，ＭＥＭＳ结构内应力、应变的测量，结构的动态参数和机构运动速度的测量等，为ＭＥＭＳ的研究提供有益的参考。     

STICTION AND ANTI—STICTION IN MEMS AND NEMS

Stiction in microelectromechanical systems (MEMS) has been a major failure mode ever since the advent of surface micromachining in the 80s of the last century due to large surfacearea-to-volume ratio. Even now when solutions to this problem are emerging, such as self-assembled monolayer (SAM) and other measures, stiction remains one of the most catastrophic failure modes in MEMS. A review is presented in this paper on stiction and anti-stiction in MEMS and nanoelectromechanical systems (NEMS). First, some new experimental observations of stiction in radio frequency (RF) MEMS switch and micromachined accelerometers are presented. Second, some criteria for stiction of microstructures in MEMS and NEMS due to surface forces (such as capillary, electrostatic, van der Waals, Casimir forces, etc.) are reviewed. The influence of surface roughness and environmental conditions (relative humidity and temperature) on stiction are also discussed. As hydrophobic films, the self-assembled monolayers (SAMs) turn out able to prevent release-related stiction effectively. The anti-stiction of SAMs in MEMS is reviewed in the last part. The project supported by the Distinguished Young Scholar Fund of NSFC (10225209), key project from the Chinese Academy of Sciences (KJCX2-SW-L2) and National “973” Project (G1999033103)     

Size-dependent modal interactions of a piezoelectrically laminated microarch resonator with 3:1 internal resonance

The nonlinear interactions of a microarch resonator with 3:1 internal resonance are studied. The microarch is subjected to a combination of direct current(DC)and alternating current(AC) electric voltages. Thin piezoelectric layers are thoroughly bonded on the top and bottom surfaces of the microarch. The piezoelectric actuation is not only used to modulate the stiffness and resonance frequency of the resonator but also to provide the suitable linear frequency ratio for the activation of the inte...