[发明专利]微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置

说明书

本发明公开一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置，涉及集成电路芯片技术领域，采用悬臂型试样，通过在悬臂型试样的一端保留试样测振部来抑制试样的高谐振频率，并能够准确调控试样整体的谐振频率。通过激振装置激励的方式，使得微纳尺度试样可以进行高周循环加载，而无需接触。并用激光多普勒测振仪在悬臂型试样的两处取点测量。采用非接触式加热装置，利用热辐射的方式对悬臂型试样加热，避免影响悬臂型试样的振动，从而可以在原位测试中对微纳尺度试样进行无支撑衬底、无残余应力、无接触以及加热条件下的完全反向循环加载，从而完成微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验，提升了试验结果的准确度。

技术领域

本发明涉及集成电路芯片技术领域，特别是涉及一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置。

背景技术

集成电路芯片为了实现极高的小型化、集成化程度，其内部往往包含大量的微纳米尺度的材料与结构。在芯片的使用过程中，其内部的微纳米材料经常会受到机械振动或热循环的影响，因此微纳米材料的疲劳断裂是影响整个系统在长期使用过程中的结构完整性和功能可靠性的重要因素。因此有必要对微纳米材料的高周疲劳性能进行研究。

在原位试验条件下，对微纳尺度的构件试样进行夹持、激振及调控温度，是试验过程的最大难点。目前已开发了对微纳尺度试样进行单调拉伸、单轴拉压、低周疲劳的试验，但由于这类试验的载荷是通过尖端接触施加的，很难将其推广到高周疲劳试验中。利用现有的原位试验系统，可以利用超声波对试样进行激振，但需要保持环境的低真空状态，效果较差，用激励振动的方式无法限制试样振动频率过高的问题。此外，在进行高温试验过程中，以往的试验使用的原位加热系统是在准静态条件下的试样底部垫入数控加热模块，中间以陶瓷片隔离，通过热传导的方式对试样加热，但这种加热系统直接接触试样的方式会对试样振动产生影响，无法准确评估其疲劳过程，使得结果准确度难以保证。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置，实现了微纳尺度试样无接触高周循环加载，并解决了试样振动频率过高的问题，提升了试验结果的准确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，包括以下步骤：

步骤一、将块状试样加工成悬臂型试样，所述悬臂型试样包括依次连接的试样支撑部、试样共振疲劳试验部和试样测振部，所述试样共振疲劳试验部设置于所述试样支撑部顶部的一侧，所述试样测振部设置于所述试样共振疲劳试验部远离所述试样支撑部的一侧，所述试样支撑部、所述试样测振部和所述试样共振疲劳试验部的宽度和厚度均依次减小，并使得所述试样支撑部固定于硅衬底上；

步骤二、将带有所述悬臂型试样的所述硅衬底固定于叠层压电致动器的顶面上，通过数据控制系统控制所述叠层压电致动器使得所述悬臂型试样运动至测量的位置，通过所述数据控制系统控制非接触式加热装置采用热辐射的形式对所述悬臂型试样进行加热；

步骤三、通过所述数据控制系统控制激振装置采用原位电场诱导共振的激振方式使得所述悬臂型试样振动，采用激光多普勒测振仪对所述悬臂型试样中所述试样共振疲劳试验部靠近所述试样支撑部一端和所述试样测振部远离所述试样共振疲劳试验部一端进行测试，并将测得的数据传送至所述数据控制系统。