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GB/T 44842-2024 相关标准英文版PDF

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GB/T 44842-2024 英文版 324 GB/T 44842-2024 [PDF]天数 <=4 微机电系统（MEMS）技术 薄膜材料的弯曲试验方法 GB/T 44842-2024 有效
基本信息
标准编号 GB/T 44842-2024 (GB/T44842-2024)
中文名称 微机电系统（MEMS）技术 薄膜材料的弯曲试验方法
英文名称 Micro-electromechanical systems(MEMS) technology - Bend testing methods of thin film materials
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 L59
国际标准分类 31.080.99
字数估计 16,152
发布日期 2024-10-26
实施日期 2024-10-26
发布机构 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会

GB/T 44842-2024 Micro-electromechanical systems(MEMS) technology - Bend testing methods of thin film materials 微机电系统（MEMS）技术　薄膜 材料的弯曲试验方法 Micro-electromechanical systems （MEMS） technology- Bend testing methods of thin film materials （IEC 62047-18:2013, Semiconductor devices-Micro-electromechanical ICS  31.080.99 CCS  L 59  中华人民共和国国家标准 2024-10-26发布 2024-10-26实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会 发 布 目次 前言   ···   Ⅲ 1     范围   ····   1 2     规范性引用文件   ····   1 3     术语和定义   ····   1 4     符号和定义   ····   1 5     测试结构   ···   2      5.1     测试结构的设计   ····   2      5.2     测试结构的制备   ····   2      5.3     测试结构的宽度和厚度   ····   2      5.4     试验前的储存   ····   2 6     试验方法   ···   3      6.1     通则   ···   3      6.2     测试结构的安装方法   ···   4      6.3     加载方法   ····   4      6.4     试验速度   ····   4      6.5     位移测量   ····   4      6.6     试验环境   ····   4      6.7     数据分析   ····   5      6.8     测试结构用材料   ····   5 7     试验报告   ···   5 附录 A （资料性）    测试结构/衬底接触面的注意事项   ·····   7 附录 B （资料性）    力﹘位移关系的必要注意事项   ·····   8 前言 本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则　第 1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 本文件等同采用 IEC 62047﹘18:2013《半导体器件　微机电器件　第 18部分：薄膜材料的弯曲试验 方法》。 本文件增加了“术语和定义”一章。 本文件做了下列最小限度的编辑性改动： 为与现有标准协调，将标准名称改为《微机电系统（MEMS）技术　薄膜材料的弯曲试验 方法》。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC 336）提出并归口。 本文件起草单位：工业和信息化部电子第五研究所、苏州市质量和标准化院、中机生产力促进中心 有限公司、成都航天凯特机电科技有限公司、苏州大学、无锡芯感智半导体有限公司、无锡华润上华科 技有限公司、西北工业大学、华南理工大学、深圳市美思先端电子有限公司、天津大学、上海临港新片 区跨境数据科技有限公司、苏州市标准化协会、安徽北方微电子研究院集团有限公司、广东润宇传感器 股份有限公司、无锡韦感半导体有限公司。 本文件主要起草人：董显山、张硕、夏燕、李根梓、蒋礼平、路国光、孙立宁、来萍、杨绍松、夏长奉、 王科、周长见、宏宇、胡晓东、胡静、张森、韦覃如、张启心、黄钦文、殷芳、王文婧、李树成、 赵成龙。 微机电系统（MEMS）技术　薄膜 材料的弯曲试验方法 1　范围 本文件描述了长度和宽度小于 1 mm、厚度在 0.1 µm~10 µm的薄膜材料的弯曲试验方法。薄膜作为 主要结构材料用于微机电系统（MEMS）和微机械中。 作为微机电系统（MEMS）、微机械等器件中的主要结构材料，薄膜具有独特性，如尺寸为几微 米，采用沉积、光刻等材料制备工艺，和/或非机械加工测试结构。本文件描述了微尺度光滑悬臂式测 试结构的弯曲试验方法及测试结构形状，以保证与薄膜材料独特性相对应的测试精度。 2　规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用 于本文件。 IEC 62047﹘6:2009　半导体器件　微机电器件　第 6部分：薄膜材料的轴向疲劳试验方法（Semi﹘ conductor devices-Micro﹘electromechanical devices-Part 6: Axial fatigue testing methods of thin film materials） 3　术语和定义 本文件没有需要界定的术语和定义。 4　符号和定义 符号及其定义见表 1。 表 1　测试结构的符号和定义 符号 单位 定义 W µm 测试结构宽度 L µm 测试结构长度 S µm 测试结构厚度 LPA LPB LPC µm 分别为加载点A、B、C与测试结构根部之间的距离（见图2） P µN 力 δ µm 位移 IZ (µm)4 面积惯性矩 E MPa 悬臂梁材料的弹性模量 悬臂梁测试结构的典型形状见图 1。 标引序号说明： 1─衬底； 2─测试结构； 3─测试结构的支撑部分。 图 1　带衬底的测试结构示意图 5　测试结构 5.1　测试结构的设计 测试结构为如图 1所示的悬臂梁形状，其横截面形状应简单，便于计算面积惯性矩，例如矩形或梯 形。测试结构平行部分的长度（L） 、宽度（W）和厚度（S）之间的关系宜为 5 ＜L/W＜ 1 0 和 10＜L/S＜100。 测试结构的固定端应置于如图 1所示的衬底内。测试结构与衬底的接触点选取非常重要，以避免由 于应力集中而导致测试结构根部和衬底接触点发生塑性变形甚至破裂（见附录 A）。当采用弹性变形行 为不符合公式（1）（见 6.7）的不同形状的测试结构时，记录该测试结构的形状及替代公式。 为减小尺寸的影响，测试结构的尺寸宜与目标器件尺寸相当。 5.2　测试结构的制备 由于测试结构的力学性能取决于制备工艺，测试结构宜使用与实际器件相同的薄膜加工工艺来制 备。测试结构也应按照 IEC 62047﹘6:2009中 4.2规定的工序制备。宜谨慎选择衬底去除工艺，以防止损 坏衬底的支撑部分（见附录 A）和测试结构的支撑部分。 对于沿厚度存在内应力分布的薄膜，由于其从衬底释放后发生卷曲而不能进行测试。 5.3　测试结构的宽度和厚度 由于整片晶圆上膜厚通常不均匀，应测量每个测试结构的宽度和厚度。沿测试结构平行部分的宽度 和厚度的测试精度范围应分别在±1%和±5%内。对每个测试结构宜进行直接测量（见 IEC 62047﹘6:2009 中 4.3测试结构厚度）。 5.4　试验前的储存 储存环境会影响薄膜的力学性能（见 IEC 62047﹘6:2009中 4.4测试前的储存）。 6　试验方法 6.1　通则 所采用的试验设备包含位移、加载和定位的功能，并宜配置一个力和位移的测量系统。 在测量时，使用球形或刀刃形加载工具对悬臂梁测试结构的一个位置进行加载，如图 2 a）和 图 2b）所示，宜记录测试结构的加载点位置（A、B或 C）以及悬臂梁的力（P）与位移（δ）之间的关 系，如图 2c）所示。沿测试结构平行部分的指定加载点位置精度应在测试结构长度±1%的范围内。刀 刃尖端半径为 5 µm，准直度应在测试结构长度±1%精度范围内。刀刃长度方向与测试结构表面的夹角 宜在 2°以内，与测试结构纵向之间的夹角宜在 4°以内。应测量并记录这些数据。 图 2　测量方法 标引序号说明： 1─在 A、B、C处的加载点； 2─衬底； 3─测试结构； 4─球形尖端加载工具。 图 2　测量方法（续） 6.2　测试结构的安装方法 含有测试结构的基板应安装固定于试验设备上，使加载轴与测试结构表面成直角对准。将测试结构 固定在基板和试验设备上应符合以下要求。 测试结构应牢固地固定在基板上，在测试过程中不应移动。基板宜牢固地固定在试验设备的工 具上，工具的刚度宜高于基板。 a） 试验时，测试结构的衬底宜固定，试验设备加载轴方向宜在垂直于衬底表面5°以内。b） 6.3　加载方法 加载在测试结构上的工具球体部分的接触部位宜为如图 2b）所示的球体形状或刀刃形状。当球形直 径比测试结构的厚度（S）和宽度（W）小得多时，宜小心施加载荷，避免测试结构与球体的接触点发 生严重的局部变形和破裂。测试结构的变形宜在纯弹性变形范围内尽量小。加载工具宜直线移动。 悬臂梁的位移（δ）应尽量小，以减少接触点在测试结构弯曲时与初始加载点的偏移。 载荷传感器的分辨率应可以保证施加的载荷力精度在 5%以内。在试验期间，载荷传感器的漂移宜 小于满量程的 1%（见 IEC 62047﹘6:2009中 5.4加载方法）。 6.4　试验速度 位移速度或加载速度宜恒定，并应在测量设备能力范围内。 6.5　位移测量 位移传感器的分辨率应优于位移测量最大范围的 0.5%。由于低力值范围的载荷传感器刚度较低， 建议尽可能直接测量测试结构的弯曲位移（δ）。 6.6　试验环境 试验的温度和湿度应加以控制以避免试验过程中发生波动，特别要注意试验温度。 6.7　数据分析 在弹性区域范围内，悬臂梁的加载力（P）与位移（δ）之间的关系可以用公式（1）来表示。当采 用其他形状的测试结构时，应精确测量该测试结构的形状并记录。力（P）和位移（δ）数据应与记录的 形状一起使用。  = PL2P 3EIZ （1） 加载力（P）与位移（δ）之间的关系取决于测试结构的横截面形状，即面积惯性矩（IZ），以及加 载点与测试结构根部之间的距离（LP）。建议记录测试结构的形状、测量方法和测量精度。对于获得的 如图 2c）所示的力和位移关系，加载力的起始部分有时不是线性的。这种现象是由于测试结构在扭曲和/ 或弯曲时，测试结构支撑部分与衬底发生部分分层或测试结构与加载工具接触点发生微小破裂造成的。 在这种情况下，结果数据宜只用线性区域的。当发生塑性变形、衬底支撑部分断裂和/或加载工具在测 试结构上滑移时，力和位移关系变成非线性（见附录 B）。 6.8　测试结构用材料 宜选择在相同条件下能够在同一衬底上同时制备 5个以上的悬臂梁测试结构。应知晓悬臂梁材料的 弹性模量以用于数据分析的参考，其值应等于或小于衬底材料的弹性模量，以避免固定部分（如悬臂梁 测试结构的根部）的应力集中。此外，更高的屈服应力可以避免测试结构根部与衬底接触点处的塑 性变形。 7　试验报告 试验报告至少应包括以下信息。 必选：a） 本文件编号；1） 测试结构材料，测试结构和衬底的弹性模量，如果是单晶，就要给出晶体取向；2） 测试结构制备方法和细节： ─薄膜沉积方法， ─制备工艺， ─热处理（退火）条件； 3） 测试结构的形状和尺寸： ─特别是面积惯性矩（IZ）； 4） 弯曲试验条件： ─试验设备类型，及其力传感器和位移传感器的分辨率和量程， ─试验环境（温度和相对湿度）， ─位移速率或加载速率； 5） 弯曲试验结果： ─测试结构编号， ─测量值和计算值， ─特别说明（测试结构缺陷、分层或扭曲）。 6） 可选：b） 微结构；1） 内应力；2） 测试结构表面粗糙度；3） 变形特征。4） 附　录　A （资料性） 测试结构/衬底接触面的注意事项 需要注意的是，测试结构与衬底的接触面的夹角处容易产生应力集中，进而引发测试结构和衬底支 撑部分发生塑性变形甚至破裂。为了避免以上问题，宜控制衬底与测试结构表面所形成夹角介于 45°～90°之间，如图 A.1中序号 3所示，同时注意确保其夹角部位没有明显的刻蚀损伤。 标引序号说明： 1─测试结构； 2─衬底； 3─应力集中部位。 图 A.1　测试结构与衬底接触面的加工角度 附　录　B （资料性） 力-位移关系的必要注意事项 图 B.1 显示了根据本文件制备和测试的金属玻璃悬臂式弯曲测试结构 [Pd78Cu6Si16（原子百分 比）]。该测试结构的尺寸为长 500 µm、宽 50 µm。 图 B.1　符合本文件的金属玻璃悬臂式弯曲测试结构 按照本文件进行试验的测试结构力﹘位移关系如图 B.2所示。力﹘位移关系为一条直......

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