书 书 书犐犆犛 ３１ ． ２００ 犔 ５５ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 （ 犕犈犕犛 ） /G26 /G27 /G28 /G29 /G2A /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 /G32 /G33 /G34 犕犻犮狉狅犲犾犲犮狋狉狅犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狊狔狊狋犲犿狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔 — 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱狊犳狅狉狋犲狀狊犻犾犲狆狉狅狆犲狉狋狔犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狅犳狊狋狉犻狆狋犺犻狀犳犻犾犿狊 ２０２０  ０３  ０６ /G35 /G36 ２０２０  １０  ０１ /G37 /G38 /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 /G32 /G27 /G28 /G29 /G2A /G33 /G2F /G30 /G34 /G35 /G36 /G35 /G36目 　　 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… １ 　 范围 １ ……………………………………………………………………………………………………… ２ 　 规范性引用文件 １ ………………………………………………………………………………………… ３ 　 术语和定义 １ ……………………………………………………………………………………………… ４ 　 试验方法 ２ ………………………………………………………………………………………………… ５ 　 数据处理 ４ ………………………………………………………………………………………………… 附录 Ａ （ 资料性附录 ） 　 采用 ＭＥＭＳ 工艺的样品制备 ５ …………………………………………………… 附录 Ｂ （ 资料性附录 ） 　 对准偏差和几何结构对性能测试的影响 ７ ……………………………………… 附录 Ｃ （ 资料性附录 ） 　 纳米压痕仪的测试结果误差及补偿 ９ …………………………………………… 参考文献 １０ …………………………………………………………………………………………………… 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ 前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ３３６ ） 提出并归口 。 本标准起草单位 ： 北京大学 、 中机生产力促进中心 、 北京智芯传感科技有限公司 、 无锡华润上华科技有限公司 、 中北大学 、 北京必创科技股份有限公司 。 本标准主要起草人 ： 张威 、 李海斌 、 张亚婷 、 朱悦 、 夏长奉 、 石云波 、 陈得民 、 马书 鯼 、 程红兵 、 周浩楠 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ 微机电系统 （ 犕犈犕犛 ） 技术带状薄膜抗拉性能的试验方法 １ 　 范围 本标准规定了带状薄膜抗拉性能的试验方法及数据处理 。 本标准适用于厚度在 ５０ｎｍ 到数微米之间且长度和厚度的比值大于 ３００ 的样品 ， 也可用于 ＭＥＭＳ 产品带状薄膜结构的质量监控 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文 件 。 凡是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 。 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 术语 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 弹性模量 　 犿狅犱狌犾狌狊狅犳犲犾犪狊狋犻犮犻狋狔 犈 材料在弹性变形阶段时 ， 应力与应变的比值 。 注 ： 改写 ＧＢ ／ Ｔ３１０２．３ — １９９３ ， 定义 ３．１８．１ 。 ３ ． ２ 屈服强度 　 狔犻犲犾犱狊狋狉犲狀犵狋犺 犚犲 当材料呈现屈服现象时 ， 在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点 。 注 １ ： 改写 ＧＢ ／ Ｔ２２８．１ — ２０１０ ， 定义 ３．１０．２ 。 注 ２ ： 对于屈服现象明显的材料 ， 屈服强度就是材料发生屈服现象时屈服极限的应力 ； 对于屈服现象不明显的材料 ， 屈服强度为应变达到残余应变 ０．２％ 时的应力 。 ３ ． ３ 抗拉强度 　 狋犲狀狊犻犾犲狊狋狉犲狀犵狋犺 犚犿 材料拉断过程中对应的最大应力 。 注 ： 改写 ＧＢ ／ Ｔ２２８．１ — ２０１０ ， 定义 ３．１０．１ 。 ３ ． ４ 挠度 　 犱犲犳犾犲犮狋犻狅狀 狑 样品结构轴线在垂直于轴线方向的线位移或中面在垂直于中面方向的线位移 。 １ 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ ３ ． ５ 偏转角 　 犱犲犳犾犲犮狋犻狅狀犪狀犵犾犲 β 弯曲的样品和连接样品两固定端直线间的夹角 。 注 ： 本标准所指样品均为带状弯曲样品 。 ４ 　 试验方法 ４ ． １ 　 试验环境 温度 ： １５℃ ～ ３５℃ ； 相对湿度 ： ２０％ ～ ８０％ ； 大气压力 ： ８６ｋＰａ ～ １０６ｋＰａ 。 ４ ． ２ 　 样品要求 ４ ． ２ ． １ 　 样品的加工和尺寸 样品应使用和实际器件相同的加工工艺 。 附录 Ａ 描述了一种基于 ＭＥＭＳ 工艺的样品加工方法 。 样品形状和符号定义分别如图 １ 和表 １ 所示 。 设计样品时 ， 应最小化弯矩的影响 ， 样品的长度宜大于厚度的 ３００ 倍 ； 宽度宜大于厚度的 １０ 倍 ； 长度宜大于宽度的 １０ 倍 。 样品应保证平直 。 图 １ 　 薄膜样品 表 １ 　 样品符号和定义 符号 单位 定义 ２ 犔 μ ｍ 样品长度 犅 μ ｍ 样品宽度 犺 μ ｍ 样品厚度 ４ ． ２ ． ２ 　 样品的尺寸测量 长度 （ ２ 犔 ）、 宽度 （ 犅 ） 和厚度 （ 犺 ） 的测量误差应在 ±５％ 之内 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ ４ ． ３ 　 试验设备 试验设备是由驱动器 、 载荷尖端 、 对准装置 、 力和位移传感器组成的力学测试系统 ， 如纳米压痕仪 。 各试验设备的详细要求如下所述 ： ａ ） 　 驱动器 ： 所有可以线性运动的激励设备均能用于此试验 ， 如压电驱动器 、 音圈驱动器 、 伺服电机等 ， 分辨率应优于样品最大挠度的 １ ／ １０００ ； ｂ ） 载荷尖端 ： 载荷尖端向样品施加线接触力 ， 其形状就像传统的楔形压头尖端 ， 尖端可由金刚石 、 蓝宝石等硬质材料制成 ， 尖端的半径应接近或大于样品厚度 ， 且小于 犔 ／ ５０ （ 见表 １ ）； ｃ ） 对准装置 ： 安装在测量设备上的载荷尖端应与位移检测的轴向和负载对准 ， 且偏差小于 １° ； 尖端表面还应和样品表面对齐 ， 且偏差小于 １° （ 参见附录 Ｂ 中关于角度的对准偏差对性能测试的影响 ）， 宜使用可倾斜的平台安装设备以便调整偏转角 ， 尖端应安装在样品中心 ， 且误差在 犔 ／ １００ 以内 ； ｄ ） 力和位移传感器 ： 力和位移传感器分辨率应优于 １ ／ １０００ ， 误差应在 ±１％ 之内 。 可以使用电容式 、 线性差动变压器式或光学式位移传感器 。 ４ ． ４ 　 试验步骤 ４ ． ４ ． １ 　 测量样品的记录长度 （ ２ 犔 ）、 宽度 （ 犅 ） 和厚度 （ 犺 ）。 ４ ． ４ ． ２ 　 将包含有样品的衬底粘贴在样本夹具上 。 推荐使用如磁性粘贴 、 静电粘贴 、 胶粘剂粘合等方式安装样品 。 ４ ． ４ ． ３ 　 将样品放置于测试台上 ， 调整位置 ， 使载荷尖端的平面与样品的表面平行且位于样品表面的几何中心 ， 并用光学显微镜进行检查 。 载荷尖端与样品间的位移和角度对准偏差会影响试验结果 ， 参见附录 Ｂ 。 ４ ． ４ ． ４ 　 确定样品的参考位置 。 参考位置是指样品的上表面的位置 。 这个位置可通过光学显微镜或三次连续测试进行确定 。 当载荷尖端接触条带时 ， 可通过光学显微镜观察到带状结构的微小形变 。 测试条带上连接基片固定两端的表面位置和中心的表面位置 ， 三个表面位置的平均值即视为样品条带的参考位置 ， 见图 ２ 。 图 ２ 　 用于确定样品参考位置的三次连续测试 ４ ． ４ ． ５ 　 在恒定位移速率下施加外力 ， 直至条带断裂 ， 见图 ３ 。 根据不同样品选择施加的外力大小以及增加步距 。 对应变速率不敏感的材料通常选择移动速率为 犔 ×１０ －４ ／ ｓ 或 犔 ×１０ －３ ／ ｓ 。 记录所施加的外力 （ 犉 ） 的大小和样品的挠度 （ 狑 ）。 为了从试验结果中获得样品实际的受力和挠度 ， 应根据所用试验设备的具体情况做出一些补偿 。 例如 ， 附录 Ｃ 所展示的使用纳米压痕仪时的误差和补偿 。 ３ 犌犅 ／ 犜 ３８４４６ — ２０２０ 图 ３ 　 条带弯曲试验示意图 ５ 　 数据处理 ５ ． １ 　 参数计算 通过 ４．４ 试验得到的相关参数计算以下性能参数 ： ａ ） 　 在弯矩可忽略和样品各处应变相同的假设基础上可以通过式 （ １ ） 和式 （ ２ ） 计算应力和应变 ， 见图 ３ 。 σ ＝ 犉 ２ 犅犺 ｓｉｎ β …………………………（ １ ） ε ＝ 犔 ２ ＋ 狑 槡 ２ 犔 － １ …………………………（ ２ ） 　　 式中 ： σ ——— 条带应力 ； 犉 ——— 施加于条带的外力 ； β ——— ｔａｎ －１