(高清版)GBT 41852-2022 微机电器件 MEMS结构黏结强度的弯曲和剪切试验方法

GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012devices—Part13:Bend-andshear-typetestmethodsof国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012 I 1 3术语和定义 1 4.1通则 14.2数据分析 3 45.1通则 5.2执行器 4 45.4校准系统 45.5记录仪 4 6.1试样设计 46.2试样制备 57.1安装方法 57.2试验速度 57.3试样校准 57.4试验环境 6 6附录A(资料性)技术背景 7 IGB/T41852—2022/IEC62047-13:2012本文件按照GB/T1.1—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IEC62047-13:2012《半导体器件微电子机械器件第13部分：MEMS结构粘a)为与现有标准协调，将标准名称改为《半导体器件微机电器件MEMS结构黏结强度的弯c)增加了附录A中图的标引符号说明。1GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012半导体器件微机电器件MEMS结构黏结强度的弯曲和剪切试验方法图形组成的。MEMS器件包含大量不同材料间的界面，在制造或使用过程中这些界面偶尔会发生分IEC62047-2:2006半导体器件微机电器件第2部分：薄膜材料的拉伸试验方法(Semiconductordevices—Micro-electromechanicaldevices—Part2:Tensiletestingmethodofthinfilmmateri-3.14试验方法本文件规定了柱状试样(见图1)和衬底之间黏结强度的试验方法。以恒定速度将位移或应力施加2GB/T41852—2022/IEC62047-13:20122样向上倾斜，如图2a)所示。这种情况下，由于点载荷施加在柱状试样末端，更容易校准加载工具与试测量剪切黏结强度时，在柱状试样的侧面施加剪切应力(剪切类型试验),用与柱状试样侧面平行的加载工具在试件上施加线载荷，如图2b)所示。这种情况下，试验装置宜具有精确的对准系统，使加载减小弯曲应力的影响(见附录A中A.2)。刀刃接触角(θ,)宜控制在0°~15°之内。宜注意的是，弯曲试小会对剪切强度和挤压强度的测量结果带来非常明显的影响，故长径比小于0.5的柱状试样不宜进行弯曲试验。见A.2和A.3。3GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012负载和试样尺寸θ.——弯曲试验中柱状试样侧面与刀刃接触面间的θ.剪切试验中柱状试样侧面与刀刃接触面间的夹角。4.2数据分析弯曲黏结强度试验中，弯曲黏结强度用公式(1)计算：式中：σ.——弯曲黏结强度；Z——柱状试样的截面模量；M.分层时的弯曲力矩；Fma——分层时的最大载荷力；l。——柱状试样的长度；D柱状试样的直径。剪切黏结强度试验中，剪切黏结强度用公式(2)计算：式中：t。——剪切黏结强度；4GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012A——柱状试样与衬底间的黏结面积；弯曲黏结强度试验中，需要注意的是，当柱状试样长径比(l./D)小于1.2时，存在试样被剪切脱落的可能。见4.1和A.2。5试验设备试验设备应能对试样施加微小位移或微小应力。设备包含能施加位移的执行器，能测量应力的传层时应力的记录仪。5.2执行器宜沿着试样的加载轴方向以恒定速度施加位移或应力。因此，执行器应能以恒定速度施加线性位移或应力。5.3测力传感器应使用测量精度为5%以内的测力单元对黏结强度的应力进行测量。应设置测力传感器，使之能够测量加载轴方向上的应力。加载工具的刀刃应施加在测力传感器的有效测量区域内。如图3所示。校准系统应能将试样和加载工具在合适的位置对准，以保证将位移或应力施加到正确方向(见5.5记录仪试验设备应包括能够检测到分层时应力的记录仪。6试样6.1试样设计试样宜满足以下两项要求：a)圆柱的直径、长度等试样尺寸与实验设备零件尺寸保持相同的数量级。b)为避免对相邻试样的测试产生影响，相邻试样的间距(S)宜大于其直径(D)和长度(l。)的两倍，如图1所示。另外，为避免加载工具同时作用到两个柱状试样上，间距(S)宜充分大于加载工具的刃口宽度(lk)。如图1和图3所示。5a)柱状试样及加载工具的侧视图1——柱状试样；GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012对准方向或平面a)在衬底上制作试样时宜采用与制作薄膜器件相同的加工工艺和制作条件；b)在同一个衬底上宜同时准备至少10只试样。宜在相同的试验条件下测量不少于10只试样的黏结强度(见A.1)。7试验条件2006中A.2和A.3的规定。因素的影响，因此，试验速度应由环境、材料、试样、试验仪器等共同决定。一般来说，宜根据试样的材料6GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012b)加载工具刃口的接触面应垂直于包括加载轴在内的平面和试样衬底表面。如图3b)所示。c)弯曲试验中，为避免相互接触，加载工具与衬底的距离l.宜大于试样长度(le)的10%。见(D)不小于10μm时，加载工具尖端与衬底表面的距离(l₂)宜小于D的10%;当D小于控制在士5%RH以内。b)柱状试样与衬底的材料；788Univ.1:45°Uniy.2:45°Univ.3:10°GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012(资料性)本文件在第4章中描述的微尺寸柱状试样和衬底间的黏接强度试验方法以及试验方法的有效性已轮询试验试验试样中使用到的材料有环氧型光刻胶、SU-8和硅晶圆。制备了几种不同尺寸的SU-8图A.1列出了各研究机构(Univ.)得到的RRT结果。0Univ.1Univ.2Univ.3Univ.1Univ.2Univ.3注1:该图列出了硅衬底上的两种不同尺寸的SU-8圆柱进行弯曲黏结强度试验的RRT结果。考虑到黏结强度数注2:在长径比为1.2的柱状试件(试样B)中，各实验室得到的最大分层拉伸强度弯曲黏结强度基本相同。注3:柱状试样长径比为0.8时(试样A),当加载工具刀刃接触角(8x)为10°时，试样A与图A.1轮询试验试验结果示例(见参考文献[1])8GB/T41852—2022/IEC62047-13:2012本文件采用柱状试样评估MEMS微尺寸单元与衬底间的黏结强度。之所以选择圆柱形是因为弯曲试验中能在柱状试样的末端施加点载荷。因此，点载荷模式下不需要进行精细的对位调整就能在柱0λ图A.2弯曲试验中柱状试样长径比对应力分布的影响(见参考文献[2])A.3弯曲试验中加载工具刃口角度对黏结强度试验的影响适的刃口角度宜介于10°~20°之间。9GB/T41852—2022/IEC62047-13:201230°45°30°45°20°45*20°0λF./Fm——压应力与最大拉应力的比值；注：图中的各曲线表示了加载工具以不同刃口角GB/T41852—2022/IEC62047-13:20121]ChiemiIshiyama,Akino