JIS C 5630-6-2011 半导体器件.微电机装置.第6部分-薄膜材料的轴向疲劳测试方法

序文 1 12引用規格 13用語及び定義 24試験片 3 34.2試験片の作製 34.3試験片の厚さ 34.4試験前の試験片の保管 3 4 4 4 45.4負荷方法 45.5試験の繰返し速度 4 46耐久性(試験の終了) 5 5附属書A(参考)この規格の技術的背景 6附属書B(参考)試験片 7附属書C(参考)变位测定 8附属書D(参考)試験環境 9附属書E(参考)試験片の数 C5630-6:2011(IECこの規格は,工業標準化法第12条第1項の規定に基づき,財団法人マイクロマシンセンター(MMC)及び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実用新案権に関わる確認について,責任はもたない。JISC5630-2マイクロマシン及びMEMS一第2部:薄膜材料の引張強さ試験方法JISC5630-3マイクロJISC5630-6マイクロマシン及びMEMS一第6部:薄膜材料の軸荷重疲労試験方法日本工業規格JIS第6部:薄膜材料の軸荷重疲労試験方法2規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。JISC5630-2マイクロマシン及びMEMSー第2部:薄膜材料の引張強さ試験方法記対応国際規格:IEC62047-2:2006,Semiconductordevices—Micro-elet2:Tensiletestingmethodofthin3用語及び定義この規格で用いる主な用語及び定義は,次による。最大力(maximumforce),Pmax注記ASTME1823-05a[1]参照。最小力(minimumforce),Pmin平均力(meanforce),Pmen一定力振幅試験中又は各サイクルにおいて,試験片に与える繰返し力の平均値。力振幅範囲(forcerange),AP最大応力(maximumstress),Omax最小応力(minimumstress),σmin平均応力(meanstress),σmem一定振幅試験中又は各サイクルにおいて,試験片に与える繰返し応力の平均値。一定振幅試験において,試験片に与える最大応力と最小応力との差。最大変位(maximumdisplacement),Ömax最小変位(minimumdisplacement),δwin34.4試験前の試験片の保管45.1一般試験機は,使用する試験片に対して適切なつかみ機構をもつとともに,繰返し負荷を与える機構をもつことが望ましい。試験片に与える繰返し負荷は,基本的に引張一引張負荷であることが望ましい。一定力振幅試験の場合は,試験機は,最大力及び最小力,又は平均力及び力振幅範囲をモニタする機構をもたなければならない。また,力振幅範囲を一定に制御する機構をもつことが望ましい。一定変位振幅試験の場合は,試験機は最大変位及び最小変位,又は平均変位及び変位振幅範囲をモニタする機構をもたなければならない。また,変位振幅範囲を一定に制御する機構をもつことが望ましい。試験機は,試験片の破断を検出する機構をもつことが望ましい。試験では,破断までの力,又は変位の試験片は,試験機の荷重軸と試験片の軸とが一致するように装着しなくてはならない。試験片の両端を装着する場合は,試験片に不要な力及びノ又は曲げ応力が加わらないよう,注意しなくてはならない。試験片のつかみ方法としては,JISC5630-2の附属書A試験機には,試験片の軸が試験機の荷重軸に一致するように調整できる機構をもつことが望ましい。疲労試験の試験条件を設定するために,疲労試験に先立ち,静的引張強さ試験を行うことが望ましい。5.4負荷方法1サイクル目の負荷の途中で試験片が破壊した場合は,その破壊応力を記録するとともに,試験報告書に記載しなければならない。一定力振幅試験の場合は,試験の間,最大力及び最小力,又は平均力及び力振帖範明を一定に保たなくてはならない。一定変位振帖試験の場合は,試験の問,最大変位及び取小変位,負荷力測定には,加えた力の5%の精度を保証する,十分に精度の高いロードセル(荷重計)を使用しなければならない。ロードセルのドリフトは,試験を通じてフルスケールの1%未満であるのがましい。一定変位振幅試験の場合は,加えた変位の5%の精度を保証する,十分に精度の高い変位測定を行わな応力負荷の繰返し周波数は,試験環境,使用する試験機の種類,及び試験片の剛性に依存するため,個々の条件の組合せに対して最適な値に設定しなければならない。一般的に,繰返し周波数は薄膜材料を実際に用いる条件も考慮して,適切に設定することが望ましい。さらに,繰返し負荷による試験片のひずみエネルギーは急速に熱エネルギーに変換されてしまうため,繰返し周波数は,試験片の温度上昇が起きないなお,粘弾性特性をもつ試験片は,この規格では規定しない。5.6試験環境の制御薄膜の疲労特性については環境の影響が大きいため,試験中の温度及び相対湿度は常にモニタしなければならない。試験中の温度及び相対湿度は,それぞれ±1℃及び±5%以内に制御するのが望ましい。試も,モニタした温度及び相対湿度は試験報告書に記載しなければならない。5一単結晶の場合:結晶方位一熱処理条件一波形(正弦波,三角波,のこぎり状波)6附属書A7附属書B(参考)試験片試験片の形状及び寸法は,ISC5630-2で規定する試験片に準拠するのが望ましい。試験片の降伏応力及び破壊強度に基づいて,軸荷重疲労試験の条件を決定する。したがって,引張強さ試験と同じ形状の試8 变位测定試験片に標点が付いている場合,レーザ光を標点に照射して得た反射光の干渉を利用する方法,又は離るのが望ましい。標点を試験片に付けるのが困難な場合,又は(力の繰返し周波数が高いため)標点間距離を測定できない場合は,つかみ具又はアクチュエータの変位をもって変位量とすることもできるが,そ9 微小サイズ材料は試験片の比表面積が通常サイズ材料よりも大きいため,試験環境の疲労寿命への影響はより頭著となる。特に疲労寿命は,試験中の湿度に大きく依存する[4]。そのため,微小サイズ材料に対附属書E一般に,疲労寿命及び疲労強度を含む疲労データは大きくばらつき,統計解析が疲労寿命及び疲労強度の評価に重要である。バルク材料の統計解析を規定するISO12107[12]に基づき,要求する試験結果度に応じて,試験片の数を決定できる。なお,ISO12107に規定する統計解析は,単一の疲労破壊メカニズムによって,均質な挙動を示す材料通常,金属薄膜材料では,疲労は単一メカニズムによって支配され,試験片の数は,ISO12107を基準に決定することができる。しかし,Si薄膜材料においては,複数の疲労メカニズムが関与していると考えられており,疲労メカニズムはまだ特定されていない。このことは,ISO12107の解析方法が,Si薄膜材料の試験片の数を決定する場合に,そのまま適用できないことを示している。[1]ASTME1823-05a,Standardter[2]Kahn,H.,Ballarini,R.,Mullen.,R.L.,Heuer,A.H.,Electrostaticallyactuatedfailureofmicrofabricatedpolysiliconfracturemechanicsspecimens,ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondo[3]Ando,T.,Shikida,M.andSato,K.,Tensile-modefatiMEMS,SensorsandActuators,A93(2001)pp.70-75.[4]Muhlstein,C.L.,Brown,S.B.andRitchie,R.O.,High-cyclefatigueanddurabilityofpolycrystallinesilicthinfilmsinambientair,Sens[5]SharpeJr.,W.N.andBagdahn,J.,Fatiguetestingofpolysilicon—aReview,MechanicsofMaterials,36(2004)pp.3-11.[6]Namazu,T.andIsono,Y.,High-CycleFatigueDamageEvaluationfMaastricht,Netherlands,(2004),pp.149-152.Fatigue&FractureofEngineeringMaterials&Structures,28(2005)[8]ISO1099,Metallicmaterials—Fatiguetesting—Axialforce-9]ASTME466-96,Standardpracticeforconductingforcecontrolledcof[10]Takashima,K,Round-RobinTesWorks