JIS C 5630-13:2014 マイクロマシン及びＭＥＭＳ―第１３部：ＭＥＭＳ構造体のための曲げ及びせん断試験による接合強度試験方法

                                                              C 5630-13 : 2014 (IEC 62047-13 : 2012)

pdf 目 次

ページ

•  序文・・・・[1]
•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[2]
•  4 試験方法・・・・[2]
•  4.1 一般・・・・[2]
•  4.2 データ解析・・・・[3]
•  5 試験装置・・・・[4]
•  5.1 概要・・・・[4]
•  5.2 駆動器・・・・[4]
•  5.3 力検出器(ロードセル)・・・・[4]
•  5.4 位置合わせ機構・・・・[5]
•  5.5 記録器・・・・[5]
•  6 試験片・・・・[5]
•  6.1 試験片の設計・・・・[5]
•  6.2 試験片の準備・・・・[5]
•  7 試験条件・・・・[5]
•  7.1 試験片の固定方法・・・・[5]
•  7.2 試験速度・・・・[5]
•  7.3 試験片の位置合わせ・・・・[5]
•  7.4 試験環境・・・・[6]
•  8 試験報告・・・・[6]
•  附属書A(参考)技術的背景・・・・[7]

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――――― [JIS C 5630-13 pdf 1] ―――――

C 5630-13 : 2014 (IEC 62047-13 : 2012)

まえがき

  この規格は,工業標準化法第12条第1項の規定に基づき,一般財団法人マイクロマシンセンター(MMC)
及び一般財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格(日本産業規格)を制定すべきとの申出
があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格(日本産業規格)である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。
  JIS C 5630の規格群には,次に示す部編成がある。
    JIS C 5630-1 マイクロマシン及びMEMSに関する用語
    JIS C 5630-2 第2部 : 薄膜材料の引張強さ試験方法
    JIS C 5630-3 第3部 : 薄膜材料の標準試験片
    JIS C 5630-6 第6部 : 薄膜材料の軸荷重疲労試験方法
    JIS C 5630-12 第12部 : MEMS構造体の共振振動を用いた薄膜材料の曲げ荷重疲労試験方法
    JIS C 5630-13 第13部 : MEMS構造体のための曲げ及びせん断試験による接合強度試験方法

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――――― [JIS C 5630-13 pdf 2] ―――――

                                       日本工業規格(日本産業規格)                             JIS
                                                                         C 5630-13 : 2014
                                                                        (IEC 62047-13 : 2012)

マイクロマシン及びMEMS−第13部 : MEMS構造体のための曲げ及びせん断試験による接合強度試験方法

Semiconductor devices-Micro-electromechanical devices-Part 13: Bend-and shear-type test methodsof measuring adhesive strength for MEMS structures

序文

  この規格は,2012年に第1版として発行されたIEC 62047-13を基に,技術的内容及び構成を変更する
ことなく作成した日本工業規格(日本産業規格)である。
  なお,この規格で点線の下線を施してある参考事項は,対応国際規格にはない事項である。

1 適用範囲

  この規格は,円柱試験片(以下,試験片という。)を用いた,微小構造体と試験基板との間の接合強度試
験法について規定する。この規格は,試験基板上に作製した幅及び厚さが1 μm1 mmの微小構造体の接
合強度測定に適用する。
  MEMSデバイスの微小構造体は,フォトリソグラフィ技術を利用して蒸着,めっき及びエッチングで薄
膜の微小パターンを基板上に積層させることによって作製することに,特徴がある。したがって,MEMS
デバイスは,異種材料の界面を多数含んでおり,製造中及び使用中にこの界面での離が生じる。接合強
度は,接合部の材料の組合せによって決まるが,それ以外にも製造条件によって変化する界面近傍の欠陥
及び/又は残留応力の状態に強く影響を受ける。
  この規格は,MEMSデバイスの微小構造体製造のための最適な材料選択及び製造条件選択を行うことを
目的とする。MEMSデバイス部品の材料及び寸法は多種多様であり,微小寸法材料のための試験機は一般
化されていないため,この規格では,特定の試験片材料,試験片寸法及び試験装置に限定しない。
    注記 この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。
          IEC 62047-13:2012,Semiconductor devices−Micro-electromechanical devices−Part 13: Bend-and
              shear-type test methods of measuring adhesive strength for MEMS structures(IDT)
            なお,対応の程度を表す記号“IDT”は,ISO/IEC Guide 21-1に基づき,“一致している”こ
          とを示す。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。この引用
規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。

――――― [JIS C 5630-13 pdf 3] ―――――

2
C 5630-13 : 2014 (IEC 62047-13 : 2012)
    JIS C 5630-2 マイクロマシン及びMEMS−第2部 : 薄膜材料の引張強さ試験方法
      注記 対応国際規格 : IEC 62047-2:2006,Semiconductor devices−Micro-electromechanical devices−Part
             2: Tensile testing method of thin film materials(IDT)

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,次による。
3.1
接合曲げ強度(adhesive bend strength)
  曲げモードによって接合部で破壊したときの強度。
3.2
接合せん断強度(adhesive shear strength)
  せん断モードによって接合部で破壊したときの強度。

4 試験方法

4.1 一般

  この規格では,試験片(図1参照)と試験基板との間の接合強度試験法を規定する。方法は,試験片に
一定速度で変位又は力を与え,試験片と試験基板との間で離が生じるときの力から,接合強度を測定す
る。試験片への負荷ジグは,先細形状のナイフエッジ型の負荷ジグ(以下,ナイフエッジという。)を利用
する。また,図2に示すようにナイフエッジ接触角及び負荷位置を変えることで接合強度測定時の負荷様
式(曲げ及びせん断)を変更できる。
                             1上面図            D    試験片の直径
                             2側面図            lc   試験片の長さ
                             3試験片            lc/D 試験片のアスペクト比
                             4試験基板          T    試験基板厚さ
                                                S    試験片の間隔
                                  図1−試験片(円柱状試験片)

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                                                                                              3
                                                              C 5630-13 : 2014 (IEC 62047-13 : 2012)
  試験片の上端に力を負荷して曲げ接合強度試験(曲げ試験)を行う場合,図2 a) に示すように,ナイフ
エッジの先端を試験片の側面に対して僅かに傾けて,力を加える。この場合,円柱状試験片の上端部へ点
負荷で試験できるため,ナイフエッジと試験片との位置合わせを容易に行うことができる。ただし,この
曲げ試験は,純粋な曲げではなく円柱の根元部に圧縮応力が発生していることに留意する必要がある。圧
縮応力はナイフエッジ接触角(θb)が増加するにつれて増加する。したがって,圧縮応力の影響を最小限
にするため,ナイフエッジ接触角(θb)は10°20°が望ましい(A.3参照)。
  試験片の底部側面に力を負荷してせん断接合強度試験(せん断試験)を行う場合,図2 b) に示すように,
ナイフエッジの先端を試験片の下部底面と平行になるように傾けて,力を加える。この場合,力の方向が
円柱底面と平行になるように調節できる精密な位置合わせ機構が必要となる。また,ナイフエッジの先端
を試験片に対して僅かに傾けて負荷することによって,曲げ応力の影響を最小限にすることができる。こ
のとき,ナイフエッジ接触角(θs)は,0°15°の範囲内が望ましい(A.2参照)。
  アスペクト比(lc/D)が1.2以下の場合,曲げ試験の測定結果はアスペクト比の影響を受けることに留意
する必要がある(A.2参照)。さらに,アスペクト比が0.5以下の試験片については,アスペクト比の低下
に伴い試験片の下部底面のせん断及び圧縮応力成分が急激に増加するため,曲げ試験には用いない方がよ
い(A.2及びA.3参照)。
              a) 曲げ接合強度試験                             b) せん断接合強度試験
           1 試験片(円柱状試験片)             F 負荷方向
           2 試験基板                           lp 負荷位置試験基板の距離
           3 ナイフエッジ(負荷ジグ)           lt 負荷ジグ先端試験基板の距離
                                                     戀    げ試験での試験片側面とナイフエッジの接触面と
                                                    の角度(ナイフエッジ接触角)
                                                       ‰嬰    試験での試験片側面とナイフエッジの接触面
                                                    との角度(ナイフエッジ接触角)
      注記 この図は,試験片と試験基板との間の接合強度を測定するための2種類の試験方法を示す。
                                     図2−接合強度試験方法

4.2 データ解析

  曲げ負荷による接合強度試験では,接合曲げ強度を式(1)によって算出する。
                             Ma   32Fmaxlp 32Fmaxlc
                          a           3

(pdf 一覧ページ番号 )

                              Z      D        D3
                      ここに,         σa :  接合曲げ強度
                                       Z :  試験片の断面係数
                                      Ma :  離時の曲げモーメント

――――― [JIS C 5630-13 pdf 5] ―――――

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