一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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宄其性能，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】
[0003]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。
[0004]本发明采用如下技术方案:
[0005]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112、轴承3、轴4、钢板5、支架6、样品7、步进电机8，其中，
[0006]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Il套于轴承3上，其中两个用于施加应力的齿轮Il相距一段距离位于同一水平位置，第三个用于传递的齿轮Il与左侧一个用于施加应力的齿轮Il相互啮合，齿轮112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112分别与右侧一个用于施加应力的齿轮Il和第三个用于传递的齿轮Il相互啮合；所述的齿轮Il的两个齿轮上各有一条缝，样品7的两端放于齿轮Il的缝中。
[0007]所述的支架6形状为L形，便于支撑装置。
[0008]所述的齿轮Il开孔的内径为10mm，齿轮112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1mm0
[0009]所述的齿轮Il的齿顶圆半径为16mm，齿轮112的齿顶圆半径为10mm，且上面两个齿轮Il圆心相距47mm。
[0010]所述的齿轮Il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。
[0011]齿轮112固定在步进电机8上，且齿轮112的齿分别与两个齿轮Il的齿分别接触，使齿轮持续啮合运转。
[0012]所述的步进电机8带动齿轮112正反转动，齿轮112通过与之接触的齿轮Il传递使上面两个齿轮Il的转动方向相反，从而使样品发生纯弯曲。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014](I)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。
[0015](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】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明:
[0017]图1为本发明实施例的主视图；
[0018]图2为本发明实施例局部主要结构图；
[0019]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；
[0020]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】
[0021]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Il和齿轮112、用于支撑和固定齿轮的轴4、轴承3和钢板5。
[0022]所述的轴4固定在钢板5上，轴承3置于轴4上，齿轮I通过轴4和轴承3支撑于钢板5上。
[0023]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。
[0024]所述的齿轮112固定在步进电机8上，将带有齿轮112的步进电机8固定在L形支架上，且齿轮112与两个齿轮Il相互紧密啮合。
[0025]所述的上面两个相对的齿轮Il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Il的轴心相距47mm。
[0026]所述的步进电机8通过程序控制带动齿轮转动。
[0027]这样用于施加应力的齿轮Il以及中间传递的齿轮Il位置得到固定，且用于施加应力的两个齿轮Ii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。
[0028]位于上面的两个齿轮Il位于同一水平位置，并且位置固定，通过轴承，齿轮Il可以在轴上自由转动。将两个齿轮Il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.
[0029]试验时，将位于上面的两个齿轮Il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。
[0030]当步进电机开始转动，步进电机8会带动齿轮112转动，齿轮112通过齿之间的紧密啮合，带动与之接触的两个齿轮Il转动，位于下面的齿轮Il通过与位于上面的一个齿轮Ii啮合传动，将转动传递给与之接触的一个齿轮II。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Ii的转动方向相反。
[0031]当两个上面的两个齿轮I转动方向不同时，齿轮Il上的细缝随齿轮I转动一定角度，从而导致样品7发生纯弯曲，如图3所示。
[0032]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。
[0033]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Il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。
【主权项】
1.一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，其包括齿轮I (I)、齿轮II (2)、轴承(3)、轴(4)、钢板(5)、支架(6)、样品(7)、步进电机(8)，其中， 齿轮1(1)、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I(I)套于轴承(3)上，其中两个用于施加应力的齿轮I(I)相距一段距离位于同一水平位置，第三个用于传递的齿轮I(I)与左侧一个用于施加应力的齿轮I(I)相互啮合，齿轮II (2)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II (2)分别与右侧一个用于施加应力的齿轮I (I)和第三个用于传递的齿轮I(I)相互啮合；所述的齿轮I (I)的两个齿轮上各有一条缝，样品(7)的两端放于齿轮I (I)的缝中。
2.根据权利要求1所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，所述的支架(6)形状为L形，便于支撑装置。
3.根据权利要求1所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，所述的齿轮I(I)开孔的内径为10mm，齿轮II⑵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。
4.根据权利要求1所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，所述的齿轮I (I)的齿顶圆半径为16mm，齿轮II (2)的齿顶圆半径为10mm，且上面两个齿轮I (I)圆心相距47mm。
5.根据权力要求I所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，所述的齿轮I (I)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。
6.根据权利要求1所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，齿轮II (2)固定在步进电机(8)上，且齿轮II (2)的齿分别与两个齿轮I (I)的齿分别接触，使齿轮持续啮合运转。
7.根据权利要求1所述的一种用于对薄膜样品施加动态均匀应力的四点法装置，其特征在于，所述的步进电机(8)带动齿轮II (2)正反转动，齿轮II (2)通过与之接触的齿轮I(I)传递使上面两个齿轮I(I)的转动方向相反，从而使样品发生纯弯曲。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N3-20
【公开号】CN104568604
【申请号】CN201410817306
【发明人】朱慧, 刘琨, 冯士维, 郭春生
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日