[發明專利]一種求解薄基片應力的方法

有效

• 申請號: 202110358535.6
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113158518B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 劉海軍;楊濤;韓江;夏鏈;田曉青;盧磊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14;G06F111/04
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 潘飛

本發明屬于精密測量與分析技術領域，具體涉及一種求解薄基片應力的方法，該方法包括如下步驟：S1：獲取待分析應力的薄基片的基礎參數；S2：建立薄基片的有限元模型；S3：依次向模型中的每個面施加單位應力載荷，對有限元模型進行求解，輸出求解結果；S4：獲取有限元模型中施加單位應力載荷的面的中心點坐標，進而構造包含各面之間中心點距離關系的矩陣L；S5：獲取真實薄基片的面形，并繪制取舍曲線；S6：采用正則化方法求解線性方程，計算獲得薄基片的真實應力分布。該方法解決了直接解方程組造成的薄基片應力分布不連續和波動大的問題，同時該方法在獲取應力分布過程中不引入額外的物理損傷。

技術領域

本發明屬于精密測量與分析技術領域，具體涉及一種求解薄基片應力的方法。

背景技術

薄基片是力學中薄板，幾何特征是圓形，其厚度尺寸遠小于平面尺寸。目前廣泛采用300mm的大尺寸硅片，其厚度小于0.2mm。在加工過程中由于上下表面溫度的不同，加工后硅片表面會產生殘余應力。殘余應力會導致亞表面的損傷，損傷愈大，殘余應力愈大，因此可用殘余應力表征硅片亞表面的損傷。目前，在實際應用中，可以用激光三角測量儀和激光干涉儀完成對硅片變形的測量，其誤差在微米或納米級別，獲得的精度相對較高。

殘余應力檢測方法分為有損和無損兩種方法。有損法用得最多的是鉆孔法，這種方法會損傷硅片的表面。無損法用得最多的是X射線衍射法，這種方法雖然不會對硅片表面造成損傷，但是在測量硅片時X射線穿透深度范圍內有明顯的應力梯度，而對于非平面應力狀態(三向應力狀態)，X射線衍射儀只能測量表面應力狀態，因此，普通的X射線儀不適合用來檢測硅片亞表面的殘余應力。通常，X射線衍射儀在測量應力方面僅適用于多晶材料，單晶材料內部的晶格間距和晶粒取向都是統一的，當入射角不斷變化是，僅有個別角度能夠滿足布拉格衍射條件形成數據，無法進行擬合求解應力值。

印度物理學家C.V.Raman和K.S.Krishnan發現了基于光的非彈性散射原理的拉曼效應，基于此發明的拉曼光譜儀通過拉曼峰的左右頻移可以分別反映拉應力和壓應力狀態，這種測量方法具有無損、無接觸、空間分辨率高、光譜范圍大且頻移不受激光光源限制的優點。但在實際測量中，拉曼頻移依然會受到聚焦深度，激光加熱效應等溫度的影響，在缺乏有效的標定準則下并不具有很高精度；而且由于光波穿透深度有限，得到的是最表層的應力狀態，顯微拉曼測量結果反映的是加工損傷的微觀組織結構變化，不同位置的測量值波動也相對較大。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種求解薄基片應力的方法，可以精確的獲得薄基片的殘余應力，同時該方法在獲取應力分布過程中不引入額外的物理損傷。

本發明采用以下技術方案實現：

一種求解薄基片應力的方法，該方法包括如下步驟：

S1：獲取待分析應力的薄基片的基礎參數；所述基礎參數包括直徑、厚度、彈性模量、剪切模塊、泊松比和密度；

S2：建立與所述待分析應力的薄基片具有相同基礎參數的有限元模型；其中，所述有限元模型的構建方法包括如下步驟：

S21：定義材料屬性和單元類型；

S22：建立薄基片的有限元模型；

S23：對建立的有限元模型劃分網格；

S24：為有限元模型中的節點添加約束；

S3：依次向有限元模型中的每個面施加單位應力載荷，然后對有限元模型進行求解；定義的輸出路徑，并將模型中施加單位應力載荷的各個面的求解結果映射到路徑上；輸出模型中所有面的求解結果；

S4：根據有限元模型的求解結果，獲取模型中施加單位應力載荷的面與其相鄰面，進而構造包含各面之間中心點距離關系的矩陣L；