标准规范下载简介
GB／T 41852-2022 微机电器件 MEMS结构黏结强度的弯曲和剪切试验方法.pdfICS 31.080.99 CCSL.55
半导体器件微机电器件MEMIS结构
国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会 发布
XX项目XX楼附着升降脚手架安全专项施工方案.doc半导体器件微机电器件MEMS结构
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 在柱状试样上，测量分层界面处的应力以分析柱状试样与衬底之间的黏结强度。采用具有锥形尖端的
刀刃作为加载工具，将应力施加到柱状试样上。根据如下不同的黏结强度试验类型，选择不同开口角度 的加载工具。
测量弯曲黏结强度时，在柱状试样的末端施加弯曲应力（弯曲类型试验），加载工具的刀刃相对于试 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 样。宜注意的是，弯曲试验不是单纯的弯曲，还存在对试样根部的挤压。挤压分量会随着刀刃接触角 （0）的增大而增大。为了尽可能降低挤压分量的影响，刀刃接触角宜控制在10°～20°之间。 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 工具能与柱状试样的侧面相平行。另一种方式是，加载工具的刀尖向下斜对着试件，如图2b)所示，以 减小弯曲应力的影响（见附录A中A.2)。刀刃接触角（0.)宜控制在0°～15°之内。宜注意的是，弯曲试 验中当柱状试样的长径比（L。/D)小于1.2时，该比值会影响测量结果，见A.2。此外，由于长径比的减 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。
A 柱状试样与衬底间的黏结面积； Fmx一一分层时的最大载荷力。 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。
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 感器，能以恒定速度施加位移或应力的控制器，能调整试样与加载工具位置的对位系统，以及能检测分 层时应力的记录仪
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 成应力。
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 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 7.3)
试验设备应包括能够检测到分层时应力的记录仪。
样宜满足以下两项要求
样宜满足以下两项要求： 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。 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（么）。如图1和图3所示。
柱状试样及加载工具的侧
图3柱状试样与加载工具的对位
通过在同一个衬底上制作大量的柱状试样，可以获得具有相同工艺和条件的试样。 试样宜满足以下两项要求： a) 2 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）。
位移或应力的施加速度宜保持恒定。由于试验速度会受到试验环境、试验仪器类型和试样硬度等 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 特性选择合适的试验速度。
试样的对准应满足以下要求：
a 试样衬底表面应与加载方向轴线平行，精度在3°以内。如图3a)所示。 加载工具与衬底的对准宜满足以下三项要求。 b）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（L。）的10%。见 图2a)。 d）剪切试验中，为避免相互接触，加载工具与衬底间宜保持一定距离（l.）。当柱状试样的直径 (D)不小于10μm时，加载工具尖端与衬底表面的距离（L.)宜小于D的10%；当D小于 10μm时，l；宜小于1μm。如图2b)所示。
a 试样衬底表面应与加载方向轴线平行，精度在3°以内。如图3a)所示。 加载工具与衬底的对准宜满足以下三项要求。 b）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（L。）的10%。 图2a。 d）剪切试验中，为避免相互接触，加载工具与衬底间宜保持一定距离（l.）。当柱状试样的直 (D)不小于10μm时，加载工具尖端与衬底表面的距离（L.)宜小于D的10%；当D小 10μm时，l：宜小于1μm。如图2b）所示。
由于环境对微尺度材料黏结性能的影响较大，试验环境温度变动宜控制在士1C以内，湿 控制在士5%RH以内
试验报告应包含以下内容： a) 依据本文件； b 柱状试样与衬底的材料； c) 柱状试样与衬底的尺寸常化退火机组钢结构施工方案，以及相邻试件的间距； d 试样的制备方法及细节； e) 试验条件，如试验装置和加载条件； D 试验环境，如温度和相对湿度； g) 试验结果和黏结强度计算结果。
A.1在德国和日本进行的循环试验大纲
图A.1轮询试验试验结果示例（见参考文献[17）
A.2弯曲试验中柱状试样长径比对黏结强度试验的影响
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 状试样的末端施加适当的负载。 但是，弯曲试验中应考虑柱状试样长径比对黏结强度的影响。如图A.2所示，剪切应力与最大拉 应力的比值会随着试样长径比的减小而增大。 对于长径比小于0.5的柱状试件，由于剪应力所占比例增大，极有可能发生由剪应力引起的分层 如图A.2所示。因此，这种情况下试验应采用剪切试验方法。 当柱状试样的长径比介于0.5～1.2时，随着长径比的增大，引起分层的主要因素由剪应力转变成 最大拉应力，如图A.2所示。也就是说，此时无法判断导致分层的究竞是剪应力、最大拉应力、还是它 们共同作用的结果。因此，不建议采用弯曲法试验长径比介于0.5～1.2的柱状试样。
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
弯曲试验中，随着加载工具刃口角度0。的不断增大，柱状试样末端的压应力与最大拉应力的比值 也会不断增大。当角度0，大到一定程度时，其影响就不能忽略了，如图A.3所示。因此高层小区水电安装工程施工组织设计，弯曲试验中合 适的刃口角度宜介于10～20°之间。