一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置

摘要

一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，属于压力加工技术领域。包括用于支撑整个机械装置的支架、支撑齿轮传动装置的钢板、实施加载力的齿轮、使齿轮自由转动的轴承和轴、通过程序控制并带动整个齿轮装置的步进电机；其特征在于通过程序控制步进电机转动，通过齿轮之间的啮合传动，使实施加载力的两个齿轮转动方向相反，从而对样品实施加载力，并且样品受到的应力均匀分布，随齿轮转动而均匀变化，使样品不容易损坏，每次试验，装置各部分位置固定，不需要重新布置，操作简单方便，实验效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，尤其是对半导体芯片和薄膜样品， 属于压力加工设备技术领域。

背景技术

由于半导体芯片和薄膜样品在各领域得到广泛的应用，在实际应用过程中经常受到外部载荷，受到一 个动态的应力，并且对于压电薄膜材料，通常通过对其施加动态应力来研究其性能，因此，对薄膜样品及 半导体芯片进行正确有效的施加动态均匀应力具有非常重要的应用价值。然而，目前诸多力学性能测试系 统无法满足薄膜类小尺度性能测试要求，现有的测试设备方法复杂、造价昂贵、效率较低且测试不够灵活， 而且施加的动态应力不是均匀施加到样品上，因此发明一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装 置，适用于薄膜与小尺度半导体芯片的动态应力测量。

发明内容

为了克服现有的技术存在的不足，本发明提供了一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置， 该装置使样品发生纯弯曲，使样品的受力是均匀分布，且对样品要求较低，实验测量精度高，实验操作简 便，效率较高。

本发明采用如下技术方案：

一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其包括齿轮I1、齿轮II2、轴承3、轴4、钢 板5、支架6、样品7、步进电机8，其中，

齿轮I1、轴承3、轴4的数量均为3个，所述的轴4固定在钢板5上，轴承3套于轴4上，齿轮I1 套于轴承3上，其中两个用于施加应力的齿轮I1相距一段距离位于同一水平位置，第三个用于传递的齿 轮I1与左侧一个用于施加应力的齿轮I1相互啮合，齿轮II2固定在步进电机8的轴上，钢板5和步进电 机8固定在支架6上，齿轮II2分别与右侧一个用于施加应力的齿轮I1和第三个用于传递的齿轮I1相互 啮合；所述的齿轮I1的两个齿轮上各有一条缝，样品7的两端放于齿轮I1的缝中。

所述的支架6形状为L形，便于支撑装置。

所述的齿轮I1开孔的内径为10mm，齿轮II2开孔的内径为5mm，轴4直径为6mm，轴承3内径为6mm， 外径为10mm，钢板5长为79mm，宽为56mm，厚为10mm。

所述的齿轮I1的齿顶圆半径为16mm，齿轮II2的齿顶圆半径为10mm，且上面两个齿轮I1圆心相距 47mm。

所述的齿轮I1的两个齿轮上的缝的长度为8mm，高度为0.3mm，且两条缝相对位于同一水平线上。

齿轮II2固定在步进电机8上，且齿轮II2的齿分别与两个齿轮I1的齿分别接触，使齿轮持续啮合 运转。

所述的步进电机8带动齿轮II2正反转动，齿轮II2通过与之接触的齿轮I1传递使上面两个齿轮I1 的转动方向相反，从而使样品发生纯弯曲。

本发明的有益效果是：

(1)钢板固定于支架上，轴固定在钢板上，齿轮固定在轴上，齿轮之间紧密啮合，且位置固定，齿 轮转动的角度及速度均是通过程序控制步进电机实现，所以精度较高，装置为一整体，不需要每次试验都 重新布置。因此将样品放置好便可以进行试验，操作方便可靠。

(2)试验中，通过步进电机带动齿轮转动，且转动速度和转动角度通过程序控制。由于齿轮的转动 使样品发生纯弯曲，只受到一个弯矩的作用，使样品受到的应力均匀分布，不容易损坏样品。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例局部主要结构图；

图3为本发明实施例实验过程中加载动态均匀应力时样品发生纯弯曲的状态示意图；

图中：1齿轮，2齿轮、3轴承、4轴、5钢板、6支架、7样品、8步进电机。

具体实施方式

如图1所示，本实例是一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，包括用于支撑整个装置 的支架6、通过程序控制的步进电机8、通过电机控制应用四点法对样品施加应力的齿轮I1和齿轮II2、用 于支撑和固定齿轮的轴4、轴承3和钢板5。

所述的轴4固定在钢板5上，轴承3置于轴4上，齿轮1通过轴4和轴承3支撑于钢板5上。

所述的支撑着齿轮结构的钢板5固定在L形的支架6上，支架6用于支撑整个机械装置。

所述的齿轮II2固定在步进电机8上，将带有齿轮II2的步进电机8固定在L形支架上，且齿轮II2与 两个齿轮I1相互紧密啮合。

所述的上面两个相对的齿轮I1上各有一条长8mm，高0.3mm的细缝，用于放置样品7，且两个齿轮 I1的轴心相距47mm。

所述的步进电机8通过程序控制带动齿轮转动。

这样用于施加应力的齿轮I1以及中间传递的齿轮I1位置得到固定，且用于施加应力的两个齿轮I1水 平距离固定，不需要每次试验时重新布置，施加的应力大小只与样品7的材料和电机转动角度有关。

位于上面的两个齿轮I1位于同一水平位置，并且位置固定，通过轴承，齿轮I1可以在轴上自由转动。 将两个齿轮I1上的两条用于放置样品的细缝调整到内侧的同一水平位置，便于放置样品7.

试验时，将位于上面的两个齿轮I1的细缝调整好位置，将样品放置到位于同一水平线的细缝中，然 后启动通过程序控制的步进电机8，步进电机8开始带动齿轮转动。

当步进电机开始转动，步进电机8会带动齿轮II2转动，齿轮II2通过齿之间的紧密啮合，带动与之 接触的两个齿轮I1转动，位于下面的齿轮I1通过与位于上面的一个齿轮I1啮合传动，将转动传递给与之 接触的一个齿轮I1。传递过程中，每一次传递，齿轮的转动方向发生一次变化，所以位于上面的两个用于 施加应力的齿轮I1的转动方向相反。

当两个上面的两个齿轮1转动方向不同时，齿轮I1上的细缝随齿轮1转动一定角度，从而导致样品7 发生纯弯曲，如图3所示。

样品7发生纯弯曲时，样品7受到的应力均匀分布，转动过程中，应力均匀变化，但一直处于纯弯曲 状态，所以样品7每一处的应力相等但随着齿轮转动均匀变化。

上述的通过步进电机8带动齿轮转动，使两个施加应力的齿轮I1转动方向相反，从而对样品施加应 力，此种方式使样品一直处于纯弯曲状态，受到的应力均匀分布，且随齿轮转动均匀变化，减小了因应力 分布不均而使样品7发生损坏的概率，而且保证了试验加载应力的准确性，从而保证试验结果的真实可靠。