JIS C 5630-30:2020 マイクロマシン及びＭＥＭＳ―第３０部：ＭＥＭＳ圧電薄膜の電気機械的変換特性の測定方法

                                                              C 5630-30 : 2020 (IEC 62047-30 : 2017)

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・・・・[1]
•  4 MEMS圧電薄膜の試験装置・・・・[2]
•  4.1 一般・・・・[2]
•  4.2 機能ブロック及び構成部品・・・・[3]
•  5 試験薄膜の測定・・・・[4]
•  5.1 一般・・・・[4]
•  5.2 測定原理・・・・[4]
•  5.3 正圧電定数の測定手順・・・・[4]
•  5.4 逆圧電定数の測定手順・・・・[5]
•  6 試験報告・・・・[5]
•  附属書A(参考)MEMS圧電薄膜の測定方法の例・・・・[7]
•  参考文献・・・・[13]

(pdf 一覧ページ番号 1)

――――― [JIS C 5630-30 pdf 1] ―――――

C 5630-30 : 2020 (IEC 62047-30 : 2017)

まえがき

  この規格は,産業標準化法第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,産業標準原案を添えて日本産業規格を制定すべきとの申出
があり,日本産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産業標準調査会は,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 第1部 : 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
    JIS C 5630-18 第18部 : 薄膜曲げ試験方法
    JIS C 5630-19 第19部 : 電子コンパス
    JIS C 5630-20 第20部 : 小型ジャイロ
    JIS C 5630-26 第26部 : マイクロトレンチ構造及びマイクロニードル構造の寸法,形状表示及び計測
        法
    JIS C 5630-28 第28部 : MEMSエレクトレット振動発電デバイスの性能試験方法
    JIS C 5630-30 第30部 : MEMS圧電薄膜の電気機械的変換特性の測定方法

(pdf 一覧ページ番号 2)

――――― [JIS C 5630-30 pdf 2] ―――――

                                       日本産業規格                             JIS
                                                                         C 5630-30 : 2020
                                                                        (IEC 62047-30 : 2017)

マイクロマシン及びMEMS−第30部 : MEMS圧電薄膜の電気機械的変換特性の測定方法

Semiconductor devices-Micro-electromechanical devices-Part 30: Measurement methods ofelectro-mechanical conversion characteristics of MEMS piezoelectric thin film

序文

  この規格は,2017年に第1版として発行されたIEC 62047-30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,MEMS圧電薄膜デバイスにおけるマイクロアクチュエータ及びマイクロセンサに使われる
薄膜材料の電気機械的変換特性の測定方法及び報告様式について規定する。この規格は,MEMSプロセス
によって作成された圧電薄膜に適用する。
    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 62047-30:2017,Semiconductor devices−Micro-electromechanical devices−Part 30:
              Measurement methods of electro-mechanical conversion characteristics of MEMS piezoelectric
              thin film(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

  この規格には,引用規格はない。

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
ユニモルフはり(梁)(unimorph beam)
  圧電性をもたない基板及び圧電薄膜で構成する組合せはり(梁)。
3.2
正圧電定数(direct transverse piezoelectric coefficient)

――――― [JIS C 5630-30 pdf 3] ―――――

2
C 5630-30 : 2020 (IEC 62047-30 : 2017)
  曲げ又は応力によって発生する電荷又は電圧から算出された圧電薄膜の圧電定数。
3.3
逆圧電定数(converse transverse piezoelectric coefficient)
  電界又は電圧によって発生する曲げ又は応力から算出された圧電薄膜の圧電定数。

4 MEMS圧電薄膜の試験装置

4.1 一般

  この圧電特性の測定方法は,ユニモルフはりを用いて実施する。図1に試験片を含むMEMS圧電薄膜の
試験装置の構成を示す。表1に試験装置で使用する特性,シンボル及び項目名を示す。
                                    7
                                                                          6
                                                         1
                                                                                 2
                 4                                      3                       5
   1 試験薄膜
  2 電極(試験薄膜の表面及び底面に取り付けた電極)
  3 基板
  4 クランプ
  5 リニアアクチュエータ(逆圧電測定用には使用しない。)
  6 変位メータ
  7 正圧電測定用の電気的測定装置(すなわち,電圧計,電荷計,電流計,オシロスコープ又はロックインアンプ),
      及び逆圧電測定用の電源(電圧制御発生器及び増幅器)
                   図1−MEMS圧電薄膜の正圧電定数及び逆圧電定数の試験装置

――――― [JIS C 5630-30 pdf 4] ―――――

                                                                                              3
                                                              C 5630-30 : 2020 (IEC 62047-30 : 2017)
                        表1−試験装置で使用する特性,シンボル及び項目名
       特性の種類         シンボル     単位                         項目名
 カンチレバー試料の寸法      l           m      カンチレバー長
                            w            m      カンチレバー幅
                            hs           m      基板カンチレバー厚
                            hp          m       圧電薄膜厚
 電気−機械的変換特性       e31,f      C/m2     圧電定数
                           ed31,f      C/m2     正圧電定数
                           ec31,f      N/Vm     逆圧電定数
                         ec31,f(Vin,0)   /Vm     入力電圧Vinが0 Vにおける逆圧電定数
                         ec31,f(Vin,min)
                                       N/Vm     入力電圧Vinが最小における最小逆圧電定数
                         ec31,f(Vin,max)
                                       N/Vm     入力電圧Vinが最大における最大逆圧電定数
                            d31         m/V     逆圧電定数(d-form)
 電気的特性                 C            F      圧電薄膜の容量
                            Vout         V      出力電圧
                            Vin          V      入力ピークツーピーク電圧
                           tan δ       −      誘電損失
 機械的特性               s11E, s12E   m2/N     圧電薄膜の伸縮
                            Din          m      入力先端変位
                            Dout        m       出力先端変位
                            Es         N/m2     基板カンチレバーのヤング率
                            νs         −      基板カンチレバーのポアソン比
                            Ep         N/m2     圧電薄膜のヤング率
                            yc           m      底面からユニモルフカンチレバーの中立面までの位置

4.2 機能ブロック及び構成部品

4.2.1  一般
  図1に,MEMS圧電薄膜の正圧電定数及び逆圧電定数を測定するための試験片を含む試験装置の基本構
成を示す。機能ブロック及び構成部品の詳細を4.2.24.2.6に記載する。
4.2.2  クランプ
  クランプは,カンチレバーを構成するユニモルフはりの片端を固定するための固定具である。
    注記 固定条件は,カンチレバーの共振状態での機械的Q値(以下,Q値という。)を計測すること
          によって確かめられる。
4.2.3  リニアアクチュエータ
  リニアアクチュエータは,三角波によって駆動されたカンチレバーの先端を変位させ,正圧電特性の測
定に利用される。
4.2.4  変位メータ
  変位メータは,カンチレバーの先端変位を計測する計器である。
4.2.5  電気的特性測定装置
  正圧電効果は,試験薄膜の電極間に発生する電気的出力を計測する。これに必要な電気的特性測定装置
は,電圧計,電荷計,電流計,オシロスコープ又はロックインアンプで構成され,リニアアクチュエータ
の変位に同期して生じる電極間の電圧,電荷又は電流を計測する。
4.2.6  電源
  逆圧電効果の測定は,電圧制御発生器によって生成され,電力増幅器によって増幅された電気的入力信

――――― [JIS C 5630-30 pdf 5] ―――――

次のページ PDF 6