基于UAFM技术的材料弹性性质纳米尺度测量研究

摘要

封装技术的高集成度和小型化要求电子产品制造商必须使用更小、更多的焊锡接点以提高集成度，这使得由焊锡接点的破坏而导致的功能失效成为这类电子产品最主要的质量问题之一。因此，采用一种符合要求的检测技术，在纳米级尺度范围内测量材料的弹性模量具有重要的意义：这个工作对于检测焊料球与基板界面上的金属间化合物的弹性模量，对于定量评价微电子封装焊点的可靠性是必要的前期工作，有很大的学术意义和广阔的应用前景。 本课题在商用原子力显微镜基础上，构建超声原子力显微镜检测系统，通过这种系统进行试验，从而检测材料的弹性性质。主要工作如下： 1)在前人研究的基础上，掌握并综合探针与被测试样表面的接触模型，建立接触刚度与谐振频率之间的关系；由谐振频率确定接触刚度并最终求取样品弹性模量的理论基础； 2)运用Ansys软件对原子力显微镜悬臂梁在超声波激励下的动力学行为进行仿真，数值计算其在自由状态下和接触状态下的谐振基频及高阶谐振频率； 3)搭建超声原子力显微镜检测系统的硬件装置，其组件包括商用原子力显微镜、锁相放大器、函数发生器、压电传感器、HS3五合一综合仪、计算机；运用Labview软件编写超声原子力显微镜检测系统的应用软件，实现激励信号的产生和响应信号的接收及处理，获取悬臂的谐振频谱。 4)通过搭建的超声原子力显微镜系统进行试验，实现对材料弹性性质在纳米尺度的定性和定量评价。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外对本课题的研究现状

1.3本课题的来源以及主要研究内容

第2章超声原子力显微镜方法的基本理论

2.1原子力显微镜的检测原理及应用

2.2超声原子力显微镜方法的相关理论

2.2.1接触理论

2.2.2接触刚度模型

2.3本章小结

第3章超声原子力显微镜系统的构建

3.1获取幅值图像的超声原子力显微镜系统

3.1.1系统的硬件组件简介

3.1.2系统的软件介绍

3.1.3系统的构建

3.2获取悬臂谐振频谱的超声原子力显微镜系统

3.2.1系统的硬件组件简介

3.2.2系统软件介绍

3.2.3系统的构建

3.3本章小结

第4章原子力显微镜悬臂梁在超声波激励下的动力学仿真

4.1 ANSYS软件简介

4.2 ANSYS仿真的理论依据

4.3悬臂梁的动力学仿真

4.3.1 ANSYS建模

4.3.2加载

4.3.3仿真结果及分析

4.4本章小结

第5章材料弹性性质纳米尺度的试验研究

5.1弹性模量的定性测量

5.2弹性模量的定量测量

5.2.1超声探头的选取

5.2.2悬臂振动的影响因素研究

5.2.3两种材料压痕模量的测量

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢