一种二级微位移放大结构制造技术

本实用新型专利技术涉及功能薄膜应力测量结构。本实用新型专利技术的一种二级微位移放大结构，包括：固定梁、旋转梁、指针梁、刻度尺、固定梁连接颈、旋转梁连接颈、指针梁连接颈和固定端。薄膜应力测量结构在薄膜上采用刻蚀技术制备，固定梁的一端连接在固定端，在薄膜下方的牺牲层去除之后，由于薄膜内部的残余应力作用，固定梁产生的伸缩位移通过固定梁连接颈传递给旋转梁，旋转梁将位移进行一级放大，放大后的位移然后经指针梁连接颈传递给指针梁，在对称布置的两个指针梁连接颈的作用下对位移二次放大，二次放大后的位移转变为指针梁的左右摆动，指针梁尖端摆动的值通过刻度尺上的刻度读出。结构简单、位移放大倍数高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到一种功能薄膜应力测量结构，具体是一种可以精确测量薄膜内 部残余应力大小二级微位移放大结构。
技术介绍
功能薄膜越来越多的应用于微器件结构的制作，如在振动能量收集装置中采用的 压电薄膜、在太阳能电池板表面涂覆反射率较小氮化硅薄膜、在透明电极制备中所采用的 透明导电薄膜、在MEMS器件封装过程中采用的介电薄膜等。由于功能薄膜具有力学性能 好、化学稳定性高、制备方法简单等优点，已越来越多的应用于器件结构制备及器件防护 膜。 功能薄膜在使用过程中最大的缺点是其内部大的残余应力，如氮化硅薄膜采用等 离子增强化学气相沉积厚度超过1微米就会产生裂纹，薄膜内部残余应力可达到几GPa。薄 膜中大的残余应力往往导致所制备的薄膜出现裂纹、翘曲、剥落，直接导致器件制作失败， 采用功能薄膜制备器件时，必须选用内部残余应力较小的薄膜来制备器件，才能获得高的 器件制备成功率。因此，在器件制备前，有必要对所选用的薄膜中的残余应力进行精确测 量。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术所提供了一种本技术涉及到一种功能薄 膜应力测量结构，具体是一种可以精确测量薄膜内部残余应力大小二级微位移放大结构。 为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案是，一种二级微位移放大结构， 在薄膜上采用刻蚀技术制备，包括： 两对分别呈中心对称设置的第一固定端和第二固定端，他们均由形成于基片上的 牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成， -对呈中心对称设置的固定梁，两固定梁的一端分别连接在两第一固定端， 一对呈中心对称设置的旋转梁，两旋转梁分别通过固定梁连接颈与两固定梁的另 一端连接，两旋转梁的一端通过旋转梁连接颈与第二固定端连接， -个具有中心对称结构的指针梁，其对称中心两侧分别通过两根中心对称的指针 梁连接颈与两根旋转梁的另一端连接， 一对呈中心对称设置的刻度尺，其形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的待 测薄膜构成，其为配置与所述基片上的梳齿结构，两刻度尺分别相对于指针梁的指针设置， 用于配合读取所示指针梁的摆动值， 薄膜下方的牺牲层去除后，薄膜内部的残余应力作用下，固定梁产生的伸缩位移 经过旋转梁的伸缩位移通过固定梁连接颈传递给旋转梁，旋转梁将位移进行一级放大，放 大后的位移然后经指针梁连接颈传递给指针梁，在指针梁连接颈的作用下对位移二次放 大，二次放大后的位移转变为指针梁的左右摆动，指针梁尖端摆动的值通过刻度尺上的刻 度读出。 进一步的，所述指针梁中心处设有指针梁弯角e，设置指针梁弯角e是为了防止指 针梁在旋转过程中与旋转梁发生碰撞。 本技术通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：薄膜应力测 量结构在薄膜上采用刻蚀技术制备，在薄膜下方的牺牲层去除前，薄膜贴附在牺牲层上处 于平衡状态，当牺牲层去除后，薄膜在内部残余应力的作用下发生形变，形变经过二次位移 放大后可以很容易读出发生形变量大小，由形变量的大小根据线弹性理论即可求接触薄膜 内部残余应力的大小。本技术所设计的二级微位移放大结构具有结构简单、位移放大 倍数高、应力测量精度高等优点，非常适合测量功能薄膜内部的残余应力。【附图说明】 图1为本技术实施例的示意图。 图2为固定梁连接颈的尺寸。 图3为旋转梁连接颈的尺寸。 图4为指针梁连接颈的尺寸。 图5为一级位移放大倍数示意图。 图6为二级位移放大倍数示意图。 1、固定端，2、固定梁，3、固定梁连接颈，4、旋转梁连接颈，5、刻度尺，6、刻度，7、指 针梁，8、指针梁连接颈，9、旋转梁，wl、固定梁宽度，《2、旋转梁宽度，《3、指针梁宽度，L1、固 定梁长度，L2、旋转梁长度，L3、指针梁长度，al、固定梁连接颈宽度，a2、旋转梁连接颈宽度， a3、指针梁连接颈宽度，bl、固定梁连接颈长度，b2、旋转梁连接颈长度，b3、指针梁连接颈长 度，t、旋转梁短距，h、指针梁短距，e、指针梁折弯角，xl、固定梁伸缩位移，x2、为旋转梁连接 颈位移，x3、为指针梁尖端的偏转量。【具体实施方式】 现结合附图和【具体实施方式】对本技术进一步说明。 作为一个具体的实施例，如图1至图4所示，本技术的一种二级微位移放大结 构，在薄膜上采用刻蚀技术制备，包括： 两对分别呈中心对称设置的第一固定端1和第二固定端10,他们均由形成于基片 上的牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成，第一固定端1和第二固定端10起到支撑 微位移放大结构及固定整个结构位置，在所设计的结构中共有4个起固定支撑作用的固定 端，其位置分别与固定梁2、旋转梁9垂直。 一对呈中心对称设置的固定梁2,两固定梁2的一端分别连接在两第一固定端1， 两固定梁2与第一固定端1呈90°垂直连接， 一对呈中心对称设置的旋转梁9,两旋转梁9分别通过固定梁连接颈与两固定梁2 的另一端呈90°垂直连接，两旋转梁9的一端通过旋转梁连接颈4与第二固定端10呈90° 垂直连接， -个具有中心对称结构的指针梁7,其对称中心两侧分别通过两根中心对称的指 针梁连接颈与两根旋转梁9的另一端连接。所述指针梁7对称中心处设有指针梁弯角e，设 置指针梁弯角e是为了防止指针梁在旋转过程中与旋转梁发生碰撞。 -对呈中心对称设置刻度尺5,其由形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的 待测薄膜构成，其为配置与所述基片上的梳齿结构，两刻度尺分别相对于指针梁的指针设 置，用于配合读取所示指针梁的摆动值， 薄膜下方的牺牲层去除后，薄膜内部的残余应力作用下，固定梁产生的伸缩位移 经过旋转梁的伸缩位移通过固定梁连接颈传递给旋转梁，旋转梁将位移进行一级放大，放 大后的位移然后经指针梁连接颈传递给指针梁，在指针梁连接颈的作用下对位移二次放 大，二次放大后的位移转变为指针梁的左右摆动，指针梁尖端摆动的值通过刻度尺上的刻 度读出，根据线弹性理论即可求解出薄膜中的残余应力。 连接关系：薄膜应力测量结构是在薄膜表面上采用ICP刻蚀技术制备，固定梁2 - 端与固定端1相连接，另一端通过固定梁连接颈3与旋转梁9相连接，旋转梁9 一端通过旋 转梁连接颈4与固定端1相连接，另一端通过指针梁连接颈8与指针梁7相连接，刻度尺5 与指针梁7相对应的一侧刻蚀出刻度6,指针梁7的尖端与刻度尺5的刻度6相对应，薄膜 应力测量结构呈现出中心对称布置，增加结构的稳定性。 固定梁2直接与固定端1采用一体连接，增强了整个结构的稳定性。由于在进行 位移传递过程中对位移进行了二级放大，在连接点部分形变较大，采用固定梁连接颈3、旋 转梁连接颈4、指针梁连接颈8对结构进行连接减小了位移传递过程中的阻力，更好的将固 定梁2产生的位移经放大后传递给指针梁。为了防止指针梁7在旋转过程中与旋转梁9发 生碰撞，将指针梁7设计成有指针梁折弯角e。整个结构设计成对称形式，增加结构的稳定 性。 一级位移放大：在实际的器件制备过程中，薄膜由于与其下面的牺牲层的粘附作 用而处于平衡状态，在底层的牺牲层去除之后，薄膜中的应力就会释放出来，表现为薄膜的 伸缩形变，即固定梁2的伸缩形变。固定梁2通过固定梁连接颈3与旋转梁9相连接，固定 梁连接颈3的长度al、宽度bl影响到固定梁2的形变位移传递给旋转梁9,根据实验及有 限元模型的优化可以求解出最佳的长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二级微位移放大结构，其特征在于：在薄膜上采用刻蚀技术制备，包括：两对分别呈中心对称设置的第一固定端和第二固定端，他们均由形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成，一对呈中心对称设置的固定梁，两固定梁的一端分别连接在两第一固定端，一对呈中心对称设置的旋转梁，两旋转梁分别通过固定梁连接颈与两固定梁的另一端连接，两旋转梁的一端通过旋转梁连接颈与第二固定端连接，一个具有中心对称结构的指针梁，其对称中心两侧分别通过两根中心对称的指针梁连接颈与两根旋转梁的另一端连接，一对呈中心对称设置的刻度尺，其形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成，其为配置与所述基片上的梳齿结构，两刻度尺分别相对于指针梁的指针设置，用于配合读取所示指针梁的摆动值，薄膜下方的牺牲层去除后，薄膜内部的残余应力作用下，固定梁产生的伸缩位移经过旋转梁的伸缩位移通过固定梁连接颈传递给旋转梁，旋转梁将位移进行一级放大，放大后的位移然后经指针梁连接颈传递给指针梁，在指针梁连接颈的作用下对位移二次放大，二次放大后的位移转变为指针梁的左右摆动，指针梁尖端摆动的值通过刻度尺上的刻度读出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建毅，王俊清，杨群峰，林俊辉，赵雪楠，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建;35