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。

ICS31.200
CCSL59
中华人民共和国国家标准
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Micro-electromechanical systems(MEMS)technologyBending strength testmethodformicrostructuresofsiliconbasedMEMS2023-08-06发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
试验要求
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的制备要求试验环境要求
5试验方法
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次
GB/T42895—2023
GB/T42895—2023
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1范围
微机电系统（MEMS）技术
硅基MEMS微结构弯曲强度试验方法GB/T42895—2023
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
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
GB/T34558
术语和定义
微机电系统（MEMS)技术
金属基复合材料术语
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
beamofconstantstrength
等强度梁
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。免费标准bzxz.net
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—2017，3.6.1.53.4
原位片上弯曲强度试验机insituon-chipbendingstrengthtester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
testing structure
测试结构
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
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
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。
标引序号说明：
1—键合锚点；
2——等强度梁；
3——加载段；
4--片上针尖；
弹性梁；
6——可动框架：
测试结构（序号1、2、3)。
测试装置（序号4~11)。
一防撞块；
驱动加载点；
放大杠杆；
形变量标尺；
位移量标尺。
图1微结构弯曲强度试验原位片上试验机示意图2
标引序号说明：
H—等强度梁厚度；
-等强度梁键合锚点高度；
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。
标引序号说明：
等强度梁的宽度；
等强度梁的长度。
测试结构三视图
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：a)
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；GB/T42895—2023
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；等强度梁部分梁宽设计为h（工）=k匠，其中k为常数；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。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
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；a)
b）测试结构材料兼容于试验机制造的硅加工工艺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。
微结构曲强度试验过程
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。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）a)
所示。
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b)
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
驱动施加作用前
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。
b）驱动施加作用后
图4微结构弯曲强度试验过程示意图4
微结构弯曲强度试验结果计算
测试前后放大杠杆处变化如图5所示。弹性梁的尺寸如图6所示。2
标引序号说明：
放大杠杆支架的间距；
放大杠杆的长度；
形变量标尺的读数。
标引序号说明：
弹性梁的长度；
一弹性梁的宽度。
放大杠杆示意图
图6弹性梁示意图
等强度梁侧壁表面上的弯曲强度可按公式(1)计算。Eb\a
g(）=192×
ka(a2a）
式中：
等强度梁的弯曲强度，单位为兆帕（MPa)；硅的杨氏模量，单位为帕(Pa)；弹性梁的宽度，单位为微米（μm）；带量纲常数（Vum），取值为5；弹性梁的长度，单位为微米（μm）；放大杠杆支架的间距，单位为微米（um)；放大杠杆的长度，单位为微米（um）；形变量标尺读数，单位为微米（μm）。....
GB/T42895—2023
.....(1)
GB/T42895—2023
附录A
（规范性）
测试装置和测试结构设计尺寸
测试装置的尺寸标注如图A.1和图A.2所示，图A.3为形变量和位移量标尺示数设计，表A.1是图A.1和图A.2测试装置尺寸标注的设计值，表A.2是图A.2测试结构的设计尺寸建议。?
图A.1测试装置整体尺寸标注
初始位置
示数d-3μm
标引序号说明：
1—-固定刻度；
一标尺指针。
测试装置局部尺寸标注
示数d=1m
示数d=4μm
图A.3形变量和位移量标尺示数设计T
GB/T42895—2023
示数=2μm
示数d-5μm
GB/T42895—2023
测试装置的设计尺寸
设计尺寸/μm
测试装置尺寸代号
测试结构的设计尺寸建议
单位为微米
100~1000
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