Характеристики микромеханических реле на основе тонких слоистых исполнительных элементов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
5 мкм/мин; температура электролита - 55..60 градусов Цельсия; кислотность электролита pH=3, микрошероховатость - от 90 до 175 нм при толщинах от 1.5 до 6.5 мкм.
. При изготовлении слоистых исполнительных элементов на основе не только гальванического никеля, но и других металлов (например, золота и меди) рекомендуем оценить шероховатость пленок всех слоев при разных толщинах, и по возможности, выбрать толщины, обеспечивающие минимальную шероховатость для лучшей адгезии слоев.
Морфология гальванических пленок никеля, меди и золота, полученных при оптимальных режимах и условиях гальванического осаждения.
Таблица 2.19. Среднеквадратичная шероховатость Ra гальванических пленок никеля при разных толщинах.
НикельМедьЗолотоh, мкмRa, нмh, мкмRa, нмh, мкмRa, нм1,2651,0102,3562,6861,5134,9802,91102,8306,51125,01702,3251,2276,52406.5943,164
В таблице 2.19. представлены средние значения параметров шероховатости, найденные по трем точкам. Погрешность измерения определяли по формуле Стьюдента [30]:
?x=t(n,p) (2.1.),
где: t(n,p) - коэффициент Стьюдента; p - вероятность; n - число измерений; x(i) - измерение с номером i; x - среднее арифметическое. Для n = 3, p = 0.95 - коэффициент Стьюдента t(n,p) равен 4.3.
Погрешность измерений шероховатости ?x для никеля, меди и золота составляет 11, 7 и 3 мкм соответственно.
Рис. 2.21. Микрошероховатость Ra гальванических пленок никеля, меди и золота, полученных при оптимальных режимах осаждения.
Морфология гальванических пленок никеля, меди и золота при различных толщинах
. Никель из сульфаминовокислого электролита.
Рис. 2.22. Гистограмма плотности распределения функции (число пиков от их высоты) и СЗМ-изображения поверхности никелевой пленки толщиной 1.2 мкм.
3.Медь из пирофосфатного электролита
Рис. 2.23. Гистограмма плотности распределения функции (число пиков от их высоты) и СЗМ-изображения поверхности медной пленки толщиной 6.5 мкм.
Измерения и статистическую обработку результатов проводили с помощью сканирующего твердомера Наноскан-3D в контактной моде. При обработке экспериментальных данных использовался метод вычитания наклона и усреднения по строкам.
. Золото из фосфатного электролита
Рис. 2.24. Гистограмма плотности распределения функции (число пиков от их высоты) и СЗМ-изображения поверхности золотой пленки толщиной 2.3 мкм.
Таким образом, микрошероховатость гальванических пленок никеля, меди и золота, полученных при оптимальных режимах, возрастает с увеличением толщины. Для никеля из сульфаминовокислого электролита Ra составляет 70-240 нм при толщине пленки от 1 до 6 мкм; для меди из пирофосфатного электролита - 10 до 90 нм при толщине пленки до 6 мкм; для золота - от 30 до 120 нм при толщине пленки от 1 до 6 мкм.
При изготовлении слоистых исполнительных элементов на основе гальванических пленок никеля, меди и золота рекомендуем использовать диаграммы рис. 2.21. при выборе толщин функциональных слоев.
Прочностные характеристики конструкции исполнительного элемента предлагаем выбирать по толщине никелевой прослойки. Для этого требуется экспериментальная работа по исследованию свойств слоистых исполнительных элементов на основе сандвич-структуры из гальванических пленок меди или золота толщиной до 1мкм и прослойкой никеля разной толщины между ними.
Механические характеристики слоистых исполнительных элементов УМСТ на основе системы металлов золото-никель-золото.
Испытания УМСТ по определению жесткости и величины прогиба исполнительного элемента проводили с помощью зондового датчика пьезорезонансного кантилевера камертонной конструкции с высокой изгибной жесткостью (индентора). На рисунке 2.25. представлен общий вид кривых нагружения и разгрузки.
Рис.2.25. Кривые нагружения и разгрузки, полученные при воздействии с силой 10 мН в центр исполнительного элемента с никелевой прослойкой толщиной 0.5 мкм (табл. 2.22, образец №1).
Вид измерений - косвенный. Характер измерений - многократное наблюдение. Расчет изгибной жесткости конструкции по результатам единичного индентирования проводится по формуле:
(2.2),
где S - тангенс угла наклона кривой разгружения в точке Pmax.
Определение относительного разброса физико-механических параметров исполнительных элементов для каждого значения внешнего воздействия по формуле [30]
(2.3),
где m - число измерений, Rmax - максимальное значение среди измеренных, Rср - среднее значение среди измереннных.
Погрешность расчитывалась по трем значениям жесткости, полученным при индентировании с разной нагрузкой: 10, 20 и 50 мН.
Эксперимент проводили для трех групп образцов. В итоговую таблицу вошли данные, полученные при нагрузке 10 мН в центр исполнительных элементов. В первую группу вошли образцы с четырьмя упругими подвесами, во вторую - с тремя и в третью - с двумя (см. рис. 2.4). В каждой группе было по семь образцов - исполнительных элементов на основе системы металлов золото-никель-золото, толщина золотых прослоек составляла в сумме 1.5 мкм для каждого образца, а толщина никелевой прослойки менялась от 0.5 до 3.5 мкм с шагом 0.5 мкм.
Рис.2.26. Кривые нагружения и разгрузки, полученные при воздействии с силой 10 мН в центр исполнительного элемента с никелевой прослойкой толщиной 0.5 мкм (табл. 2.19, образец №2).
Эксперимент проводили для определения механических характеристик конструкций (изгибной жесткости,