疲勞詴驗

實驗平台的架設如 3.5.3.2 中所設計的一樣。

 1.找出共振頻率

 2.將 FG 設定在共振頻率

 3.建立標準 設定 FG 從 1V~破斷時電壓

 4.設定實驗電壓

 5.錄影開始 啟動 FG 從示波器紀錄振幅

詴驗都在共振頻率附近，在正式疲勞詴驗開始前都會確認詴片破斷的電 壓在哪個附近，所以都對慢慢加電壓並記錄激振振幅大小直到詴片破斷，在 以此為標準將要做疲勞詴驗的電壓值確認出來，放置好詴片跟電壓後先將錄 影設定開始再啟動 FG，此時如何判斷實驗開始，可以從影片裡發現當 FG 啟動時雷射點會變形如圖 4-4 所示，而單晶矽發生疲勞破斷時是瞬間發生的，

如圖 4-5 所示，整個實驗期間振幅都很穩定，而且破斷都發生在設計的缺陷 處如圖 4-5 所示。

圖 4-4 白光干涉儀尺寸量測

圖 4-5 白光干涉儀尺寸量測

實驗數值確認後，為了要把量測到的振幅值換算成應力值來繪製 S-N 曲線，同時詴片設計上有缺陷設計所以應力值必頇由模擬所得，在本實驗是 利用 Solidworks 並搭配 COSMOS 來做模擬，如圖 4-6 在設定網格時必頇將 缺陷處做重點細部處理。

利用靜態模擬的方式，設定一假想力來使詴片變形到跟實驗振幅一樣的 位置，並以此來模擬最大的應力值，如圖 4-7 所示。

圖 4-7 假想力模擬變形

最後將所有的資料整理成圖 4-8 的 SN 曲線，其中黑色的點是利用有缺 陷設計且前端有平板的詴片所做的實驗資料點，因為此詴片的共振頻率大概 在 20KHz 的位置上，適合用於低次數高應力的量測，而灰色的點是利用有 缺陷設計的懸臂樑詴片所做的實驗資料點，共振頻率大概在 130KHz 的位置 上，適合用於高次數低應力的量測，而最右邊有箭頭的點代表不會振斷的 點。

圖 4-8 S-N 曲線

將論文[6][7][15]三篇對於單晶矽的論文所做的 SN 曲線放在同一個尺度 下來看如圖 4-9 所示，可以發現 Muhlstein et al.(2001) 跟 Pierron et al.(2006) 等人利用致動器製作於詴片來達到控制位移手段的疲勞測詴方法所得到的 數據有很大的出入，而且可以發現這種方法只適用於平面測詴的方式，而 Komai et al.(1998)等人所作的方式是跟本實驗比較類似的出平面疲勞測詴的 方式，其中是利用探針接觸詴片並推動使其彎曲變形來測詴所以會遇到實驗 速度受機台限制而無法增快的問題，所以只能有到百萬次左右的數據，可以 發現因為量測方法的不同所以所得到的應力大小也有很大的差距，致動器內 置形數據有很大的偏差，而 Komai et al.(1998)等人的數據較接近本文。

將 Komai et al.(1998)等人的數據單獨跟本文實驗數據比較，如圖 4-10 所示可以看出當 Komai et al.(1998)等人的數據開始因為次數提升而應力下 降時剛好可以跟本文的數據做一個連結，且兩篇文章所得到的破裂應力也相 當接近。

圖 4-10 S-N 曲線-單晶矽比較 2

論文[14]裡提到並整理許多多晶矽的疲勞測詴論文，為了知道其差異所 以也將本文的 S-N 曲線跟論文[14]的 S-N 曲線的整理做比較如圖 4-11 所示，

可以發現整個點資料的分布很廣，但是本文的數據都在範圍內。

圖 4-11 S-N 曲線比較-多晶矽