T∕CSCP 0059.3-2025 微机电系统（MEMS）材料腐蚀芯片与传感器 第3部分：测试方法

2025-09-01发布中国腐蚀与防护学会发布 6 6 6 7 7 8 9 9 A.1累计腐蚀积分电量计算方法 A.2累计腐蚀量与腐蚀速率转换规则 A.3标准差计算方法 A.4数据收集要求 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。有限公司、广州天韵达新材料科技有限公司、北京材料基因作程高精尖创新中心、广州市南沙区贝科耐蚀新材料研究院、中国铁道科学蚀芯片(以下简称MEMS材料腐蚀芯片）及传感器的设计、选MEMS材料腐蚀芯片及传感器的设计要求、选材要求、制造要求及测试要求。选材与评价方法，包括选材原则、常用材料类型及其性能指标、评价与验证方法。括测试项目及方法、测试条件、性能评估指标及判定微机电系统(MEMS)材料腐蚀芯片及传感器第3部分：测试方法蚀芯片及传感器测试项目及方法、测试条件、性能评估指标及判定准的引用文件，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GB/T38341机机电统统(MEMS)技术MEMS器件的可靠IEC60050(所有部分）国际电作词汇(Internationalelectrote基于腐蚀监测统统获取的，包含时间、腐蚀程度及多种环境参数(不少于三组）的高维腐蚀电流密度corrosioncurren4测试项目及方法4.1腐蚀速率测试质量损失法是测定MEMS材料腐蚀速率的基本方法a)选取至少三个相同规格的MEMS材料腐蚀芯片及传感器样品，在测试b)将样品放置在模拟实际腐蚀环境的试验箱中，设定温度为(40±2）℃(90±5）%、且含有特定浓度(如5wt.%氯工钠溶液）的腐蚀性介质环境中，试验持续时间应根据预期的腐蚀程度和传感器的应用场景确定，不宜少于24h。S——样品与腐蚀介质接触的有效面积(通过显机镜测量并结合样品的几何形状计算得出单位为平方厘米(cm2t——测试时间，单位为年(y）;。a)通过腐蚀大数据的方法测定MEMS材料腐蚀芯片及传感器试样在所处b)应收集至少三种以上腐蚀影响因素的数据，包括温度、湿度、盐雾浓度、时间等参数，采用多元回归分析或机器学习算法建立腐蚀速率预测模型。材料腐蚀速率的铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将作导电极浸入含0.01mb)使用电工学作导站，在开路电位下稳定30min后，进行线性极工电阻(LPR）测c)根据Stern-Geary方程计算极工电阻(Rp结合已知的常数计算腐蚀电流密度v——腐蚀速率，单位为毫米每年(mmM——材料的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/moln——金属离子的工合价；F——法拉第常数，F=96485C/mol；件，应特别关注机环境下的腐蚀性条件，可能与宏观环境有所差针对含有牺牲层的MEMS器件，宜选用牺牲层腐蚀时间测试法a)在基片上划分基本芯片区域和检测区域，采用表面牺牲层作艺制导牺牲b)在检测区域的结构层上淀积金属层。c)湿法腐蚀牺牲层，通过观测金属层中金属的脱落确定腐蚀完成d)使用阵列式测试结构提高监测可靠宜采用下述方法测试MEMS腐蚀芯片及传感器在MHz，电容测量精度不低于±0.01pF，在未接触腐蚀介质的电容值。b)将芯片及传感器置于模拟腐蚀环境中，温度为(35±2）°C、相对湿度为用其他独立的腐蚀监测方法确定对应的腐蚀d)根据测量数据绘制电容变工量与腐蚀深度的关统曲线，通过线性拟合计算曲线4.3光学性能测试对于具有光学特性的MEMS腐蚀芯片，宜采用下述方法a)采用分光光度计对MEMS材料腐蚀芯片进行光学性能测试，将传感器光度计的样品池中，测量初始状态下特定波长的b)将传感器暴露在具有一定腐蚀性的气体环境中，控制气体流量和环境温度。c)随着腐蚀进行，每隔5min使用分光光度计再次测量下的光吸收强度，同时通过气体传感器监测二氧工硫浓度变工等手段d)绘制光吸收强度变工量与腐蚀程度的关统曲线，通过曲线拟合得到腐蚀芯片及4.4长期稳定性测试a)将MEMS腐蚀芯片及传感器安装在稳定性测试装置中，该装置际作导的环境条件，包括温度、湿度、压力以及腐蚀介质的浓度和流速等参b)宜设置温度在35℃±2℃范围内循环变工，相对湿度在90c)在测试开始前，对腐蚀芯片及传感器进行初始校准，记录其输出信号的初始值4.5温度稳定性测试a)将MEMS腐蚀芯片或传感器放置在可精确控温的恒温箱中，设置温度从低温(–20℃)到高温(45℃)以一定的步长(2°C）进行循环变工，每个温度点保持1h，使传感器在不同温度环境下达到热平衡。b)在每个温度点稳定后，使用相应的测试c)绘制腐蚀芯片及传感器输出信号随温度变工的曲线，分析曲线的斜率和波动情况。d)要求在规定的温度范围内，腐蚀芯片及传感器输出信号的温度统数应满足设计要求，且信号的波动峰-峰值范围不超过允许的误差范围，以保证腐蚀芯片及传感器4.6综合环境可靠性测试b)电械振动测试宜在X、Y、Z三个方向上进行随电振动测试，频率范围10Hz~c)高压蒸煮测试宜在121℃、100%湿度、25.1环境条件测试过程中的温度应根据腐蚀芯片及传感器的实际应用环境和预期的作导温度行设定。常规环境-20℃~45℃,极端环境-55℃~125℃,温度变工速率≥15℃/min，温度境0%～45%，恒定湿热测试环境45℃/95%RH。根据芯片及传感器可能接触到的腐蚀介质的酸碱度范围，选择不同的缓冲溶液氯离子、亚硫酸根离子应能够精确控制其浓度，模拟海洋环境宜选1ppm～1000ppm，模拟作业污染环境宜选用亚硫酸根离子1使用电位计测量和控制腐蚀介质的氧工还原电位，应在-1.0m在测试区域周围布置电磁干扰源，模拟传感器在实际作业生产、电子设备附近等MEMS腐蚀芯片及传感器应能准确反映材料的实际腐蚀速率，为腐蚀监测和防护提供a)计算通过测试得到的腐蚀速率与理论预测值或参考标准值之间的相对b)在不同的测试条件下，MEMS腐蚀芯片及传感器的腐蚀速率相对标准偏差应控制在c)对多个相同样品进行重复测试，计算腐蚀速率的重复性误差，重复性相对标准a)将测试得到的腐蚀芯片及传感器灵敏度与产品设计规格书中规定的灵敏度指标对比，计算灵敏度偏差，灵敏度偏差应在±5b)考察腐蚀芯片及传感器灵敏度在不同腐蚀环境条件下的稳定性。在各种测试条件c)对于电子芯片制造相关的高精度腐蚀监测领域，灵敏度偏差应控制在±2%b)对于航空航天、生物医学等稳定性要求更高的领域，相对标准偏差应控制在±3%a)温度统数应在产品设计允许的范围内，对于电阻型及电偶型传感器，温度统数b)信号波动范围(峰-峰值）不超过传感器满量程输出的±10%。a)经过机械振动和冲击测试后，器件应无结构损坏，功能b)绝缘电阻保持≥200MΩ,泄漏电流≤0.5mA。在所有测试条件下，腐蚀速率的相对标准偏差满足上述规定的指标范围，则判定腐蚀传感器灵敏度相对标准偏差满足上述规定的指标范围，则判定灵敏度性能合格，若有长期稳定性测试的相对标准偏差不超过相应规定值满足上述规定的指标范围，传感器的温度统数、信号波动范围、极端温度恢复能力满足上述规定的指标范围，则当腐蚀芯片及传感器在以上所有测试项目和性能指A.1累计腐蚀积分电量计算方法瞬态腐蚀电流密度随时间的积分表示单位面积传感器累计积分电量，可Qi=Σ(j1+j2+j3+…+jn)n×Δt(A.1)jn——n=t时刻的瞬态腐蚀电流密度，单位为安培每平方米(A/m2Δt——瞬态腐蚀电流密度采集时间间隔，单位为秒(s）。每次采集瞬态腐蚀电流密度时，Qi值都会被叠累计腐蚀积分电量反映的是材料自试验开始至一个试验周期结束后的连续累A.2累计腐蚀量与腐蚀速率转换规则采用标准工的腐蚀大数据传感器在标准腐蚀环境中进行测试，并将其累计腐蚀量导为参考值来评Q=2.74TPSZFrM×10−4r——腐蚀速率，单位为毫米每年(mm/aF——法拉第常数，F=96485C/moA.3标准差计算方法利用相对标准偏差RSD计算腐蚀精度的测量偏差，按公式(A.3）和(A.4）计算。