微机电系统（MEMS）技术 MEMS材料微柱压缩试验方法.pdf

微机电系统（MEMS）技术MEMS材料微柱压缩试验方法

1范围

本文件规定了微柱压缩测试方法，用于MEMS材料压缩特性的高精度、高重复性测量，且试样制造难

度适中。测量试样单向压缩应力-应变的关系，得到试样压缩弹性模量和屈服强度。

试样是通过微加工技术在刚性(或高刚度)基体上制造的圆柱，其高径比(高度与直径的比值)宜大

于3。

本文件适用于金属、陶瓷、高分子材料。本文件适用于高度小于100μm的微柱。

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。

IEC62047-8半导体器件微机电器件第8部分薄膜拉伸性能测量用带材弯曲试验方法

（Semiconductordevices-Micro-electromechanicaldevices-Part8:Stripbendingtest

methodfortensilepropertymeasurementofthinfilms））

3术语和定义

本文件没有需要界定的术语和定义。

4符号和名称

为了阐述本文件，试件的形状和符号分别在图1和表1中给出。本标准中的试件通常称为柱状试样。

1

D

圆柱

H

基体

说明：

圆柱：试件是用微加工技术在基体上加工的圆柱；

基体：支撑试件是一种刚性(或高刚度)材料。支撑试件刚度远高于圆柱试件刚度。

圆柱外形尺寸

D：试件直径；

H：试件高度。

图1圆柱形状（符号见表1）

表1试件的符号和名称

符号单位名称

Hμm试件高度

Dμm试件直径

5试件

概述

试件的制备应采用与实际器件制备相同的制备工艺。为减小试件的尺寸效应，试件的结构和尺寸宜

与器件部件的结构和尺寸相似。

试件形状

本文件规定了圆柱形微柱的压缩特性。采用微加工工艺在基片上制备微柱。微柱的形状和垂直度宜

采用电子或光学显微镜检查。微柱底表面的边界条件通常被认为是固定边界，不同于宏观块体尺度上的

圆柱（圆柱上下表面通常被认为是无摩擦边界）。由于在试验过程中难以直接测量微柱的压应变，通过

2

刚性压头的位移计算压应变值，见6.1式(2)。这会导致应变误差、以及后续的弹性模量误差和屈服强度

误差，详见附录A。这种方法的精度取决于压头与顶面之间的摩擦系数，以及微柱的高径比。在不发生

膨胀的情况下，大高径比的微柱试样是减小应变估计误差的理想选择。高径比的上限与边界条件和微柱

的材料性质有关。建议最大高径比不超过10（见[4]）。当高径比大于10的微柱在试验后未出现膨胀时，

宜认为试验数据为有效。微柱截面直径的最大变化宜小于公称直径的1%否则，宜测量其实际横截面积。

注：对块体尺度上的圆柱涂敷润滑层(见[4])能降低其顶面摩擦系数，但对微柱涂敷润滑层很困难。

尺寸测量

因为试件尺寸用来计算被试材料的力学特性，所以需要准确测量试件尺寸。微柱的直径和高度宜具

有高测量精度，误差小于±1%。干涉法或聚焦离子束切片法能用于精确测量高度值。试件在纵向不同位

置的截面可能存在差异，且其截面直径或顶面直径可能与底面直径不同。该尺寸