ICS31.200 CCS L 59 中华人民共和国国家标准 GB/T428952023 微机电系统（MEMS)技术 硅基MEMS微结构弯曲强度试验方法 Micro-electromechanical systems(MEMS)technologyBending strength test method for microstructures of silicon based MEMS 2023-08-06发布 2023-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42895—2023 目 次 前言 1 范围 规范性引用文件 2 3 术语和定义 试验要求 4 4.1 原位片上弯曲强度试验机的设计要求 4.2 原位片上弯曲强度试验机的制备要求 4.3试验环境要求 试验方法 5 5.1 概述 5.2 微结构弯曲强度试验过程 5.3 微结构弯曲强度试验结果计算 附录A（规范性）测试装置和测试结构设计尺寸 GB/T42895—2023 前言 起草。 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/TC336）提出并归口。 本文件起草单位：北京大学、中机生产力促进中心有限公司、中国电子技术标准化研究院、北京燕东 微电子科技有限公司、无锡韦感半导体有限公司、深圳市美思先端电子有限公司、南京飞恩微电子有限 公司、广州奥松电子股份有限公司、上海临港新片区跨境数据科技有限公司。 本文件主要起草人：张大成、杨芳、李根梓、顾枫、刘鹏、高程武、于志恒、王旭峰、李凤阳、华璇卿、 陈艺、刘若冰、张彦秀、万蔡辛、武斌、曹万、张宾、张启心。 Ⅲ GB/T42895—2023 微机电系统（MEMS）技术 硅基MEMS微结构弯曲强度试验方法 1范围 本文件描述了硅基MEMS加工所涉及的微结构弯曲强度原位试验的要求和试验方法。 本文件适用于采用微电子工艺制造的微结构弯曲强度测试。 2规范性引用文件 2 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。 GB/T26111微机电系统（MEMS)技术术语 GB/T34558金属基复合材料术语 3术语和定义 GB/T26111和GB/T34558界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 等强度梁 beam of constantstrength 各横截面上的最大正应力都相等的梁 3.2 硅加工工艺 siliconprocess 硅微加工技术。 注：虽然硅工艺一般分为表面微加工和体硅微加工，但其中的许多技术是相同的。 ［来源：GB/T26111—2010,3.5.2] 3.3 弯曲强度bending strength 试样在弯曲断裂前所承受的最大正应力。 ［来源：GB/T34558—2017,3.6.1.5] 3.4 原位片上弯曲强度试验机 in situ on-chip bending strength tester 由测试结构和测试装置组成，并将二者集成在同一晶圆上采用同一硅加工工艺流程加工形成的用 于评估工艺相关微结构弯曲强度的试验机。 3.4.1 测试结构 testing structure 为了测量材料性能或微结构的性能专门制作的微结构。 注：例如，悬臂梁或者固定梁。 1 GB/T42895—2023 ［来源：GB/T26111—2010,3.7.19，有修改］ 3.4.2 测试装置 testing device 将力或位移传递到测试结构同时可以读出力或位移的结构。 4 试验要求 4.1 原位片上弯曲强度试验机的设计要求 原位片上弯曲强度试验机结构如图1所示，其中测试结构三视图如图2所示，测试结构设计示意如 图3所示。 10 11 标引序号说明： 键合锚点； 1 7 一防撞块； 2— 等强度梁； 8 驱动加载点； 3——加载段； 放大杠杆； 6 4片上针尖； 10 形变量标尺； 5—弹性梁； 11——位移量标尺。 6——可动框架； 测试结构（序号1、2、3）。 测试装置（序号4~11）。 图1微结构弯曲强度试验原位片上试验机示意图 2 GB/T 42895—2023 标引序号说明： H 等强度梁厚度； 等强度梁键合锚点高度； h A 等强度梁键合锚点边长； L 等强度梁力臂长度，该参数需要序列设计； 加载段长度； 加载段宽度。 图 2 测试结构三视图 标引序号说明： h(x)- 等强度梁的宽度； r 等强度梁的长度。 图3等强度梁设计示意图 原位片上弯曲强度试验机的设计应满足以下要求： 测试结构采用等强度梁结构，以消除应力集中和工艺缺陷带来的误差； b) 测试装置的驱动应产生足够的推力，使测试结构发生弯曲形变，可采用片外探针加载、片上热 驱加载或片上静电加载等驱动方式； 测试装置的弹性梁在试验过程中不发生断裂； c) d) 等强度梁部分梁宽设计为h（z）=k/，其中k为常数； e） 测试装置的标尺设计满足分辨率要求，在光学显微镜下能准确分辨标尺示数。 4.2 原位片上弯曲强度试验机的制备要求 原位片上弯曲强度试验机的制备应满足以下要求： 3 GB/T42895—2023 a) 测试结构与测试装置在同一晶圆上，采用同一硅加工工艺流程加工形成； b) 测试结构材料兼容于试验机制造的硅加工工艺。 4.3试验环境要求 试验应在MEMS器件芯片实际制造环境中进行。 5试验方法 5.1概述 微结构弯曲强度的试验是利用驱动装置对测试装置施加作用，进而使测试装置的片上针尖对测试 结构施加作用，通过观察测试结构的形变和破坏，利用测试装置的形变量标尺读数d确定测试结构的 弯曲强度。 5.2微结构弯曲强度试验过程 如图4所示，微结构弯曲强度试验时，探针台光学显微镜的视野范围应覆盖探针和原位片上弯曲强 度试验机的全貌。 微结构弯曲强度试验过程如下。 a） 微结构弯曲强度试验前，应将载有片上试验机的晶圆固定在芯片检测用探针台上，如图4a） 所示。 b) 在驱动加载点处施加沿测试装置中轴线的水平正压力，运动方向如图4b）所示。驱动加载作 用的速度应保证能够清楚观察测试结构的变形情况。通过显微镜观测测试结构和形变量标 尺，当测试结构发生断裂时，记录此刻形变量标尺的读数d。 c）测试结构发生断裂后，应停止驱动加载 为了获得足够的分辨率，测试装置的设计尺寸按附录A中表A.1的规定，测试结构的建议设计尺 寸按表A.2的规定。 运动方向 a）驱动施加作用前 b）驱动施加作用后 标引序号说明： 1 加载前； 2 驱动加载点； 3——加载后； d形变量标尺的读数。 图4微结构弯曲强度试验过程示意图 4