导读:目前,在 MEMS 领域,我国牵头制定的 IEC 62047-25:2016 已经发布,牵头制定的三项 MEMS 国际标准经过本次会议讨论将进入到 CD 阶段,未来我国应继续关注 MEMS 技术领域的设计、工艺、材料、产品性能测试等方面的标准化工作,引领产业发展。

 

去年,IEC TC47/SC47E (半导体分立器件标准化分技术委员会) 和 IEC TC47/SC47F (MEMS 标准化分技术委员会) 工作组会议及 MEMS 标准研讨会在日本东京召开。共有来自中国、日本、韩国的 37 位专家参加。中国代表团由中国电子技术标准化研究院、中电 13 所、航天 704 所、中机生产力促进中心、北京大学、西安电子科技大学等单位的 12 名代表组成,参加了此次全部会议。


IEC TC47/SC47E 下设两个工作组:WG1 (半导体传感器工作组)、WG2 (微波器件工作组)。IEC TC47/SC47F 下设三个工作组及一个标准维护组:WG1 (术语和定义工作组)、WG2 (MEMS 材料和结构特性试验方法工作组)和 WG3 (MEMS 封装和器件工作组)、MT1 (标准维护组)。


1、18 项国际标准取得重要进展
经过各工作组讨论和审核,IEC 60747-14-10《半导体器件第 14-10 部分:半导体传感器可穿戴葡萄糖传感器性能评价方法》和 IEC 60747-14-11《半导体器件第 14-11 部分:半导体传感器用于测量紫外线、光线和温度的、基于声表面波的集成传感器测量方法》等 18 项国际标准得到重要推进,见表 1。

 


其中我国牵头制定的三项标准即将进入到 CD 阶段:


(1) IEC 62047-32 是航天 704 研究所和中国电子技术标准化研究院共同提出的 MEMS 器件性能测试方法标准,主要规定了 MEMS 谐振器振动非线性频率响应、强度及频率漂移的测试方法。MEMS 谐振器振动非线性测试技术的发展始于 20 世纪 80 年代,经历了从实验测试到目前具有较完善理论支撑的振动非线性测试的发展过程,其趋势正从机械振动非线性向机械、电场、磁场等多物理场耦合振动非线性特性测试方向发展。在产业发展方面,以 MEMS 谐振器为核心器件的各种传感器、滤波器等已经大量应用于仪器仪表和工业自动化领域,具有广阔的发展前景。


(2) IEC 62047-33 由北京大学提出,规定了 MEMS 压阻式压力敏感器件的术语和定义、试验条件和试验方法,适用于 MEMS 压阻式压力敏感器件的研制,生产和使用,对于规范器件的性能指标、可靠性等具有重要意义。
(3) IEC 62047-34 由北京大学提出,规定了 MEMS 压阻式压力敏感器件晶圆级性能参数测试方法,具体性能参数包括电阻、常压输出、静态性能 (满量程输出、零点输出、非线性、迟滞、重复性、精确度、灵敏度、零点漂移)、温度性能 (热零点漂移、热灵敏度漂移、热零点滞后、热灵敏度滞后) 等,对每项参数的测试目的、测试步骤和数据处理方法等内容进行详细描述。


我国专家作为项目成员参与了 IEC 60747-14-11、IEC 60747-18-3 和 IEC 62047-31 三项国际标准的制定工作。IEC 60747-14-11 规定了集成紫外线、光线和温度传感器、基于声表面波的传感器的工作原理、环境条件和测量方法,其中测量方法有直接模式和基于自振的微分放大器模式两种。IEC 60747-18-3 规定了无透镜 CMOS 光子传感器阵列封装模块的流体的流动特性评估方法、测试环境等。IEC 62047-31 基于断裂力学原理,用四点弯曲的方法测试 MEMS 分层材料的界面粘附能。


2、标准化新动向
此次会上,SC47E 秘书处通报 IEC 新筹备成立了 TC124 (可穿戴器件和技术标准化委员会),将由该技术委员会负责对 IEC 60747-14-10 开展后续工作。


同时,韩国代表提议 SC47E 成立新的标准工作组——生物半导体器件标准工作组,制定如生物 FET 和无透镜光子阵列传感器等医用方面的传感器技术标准。会后秘书处将以正式文件的形式征集各成员国对此提案的意见。


此外,秘书处通报了 IEC/TC49 (频率控制、选择和探测用压电、介电与静电器件及相关材料标准化技术委员会) 对 IEC 60747-14-11 标准制定的意见。TC49 认为该标准规定的是声表面波器件,应由 TC49/WG13 (压电传感器工作组) 负 责。目前 SC47E/WG1 和 TC49/WG13 已成立联合项目组(PT60747-14-11),共同制定该标准。


可以看到当前科学技术不再依赖单一学科的发展 , 而是多学科或跨学科的技术交叉、融合的飞速发展,标准化领域也同样面临此问题。


3、MEMS 标准化进展飞速
IEC TC47/SC47F 是 2008 年成立的分技术委员会, 负责制定 MEMS 器件国际标准,是 TC47 下最活跃的分技术委员会,每年制修订标准数量超过 5 项,参与成员国有中、日、韩、德、美等主要 MEMS 设计、生产和制造强国。目前其下设有三个工作组,分别为 WG1 研究制定 MEMS 术语、总则等通用基础标准 ;WG2 研究制定 MEMS 工艺标准、测试方法等标准 ;WG3 研究制定器件产品规范和封装标准。该分技术委员会已发布了 26 项国际标准,涵盖了 MEMS 总则、大量的 MEMS 材料性能评估测试方法标准(如 MEMS 薄膜应力测试方法) 和 4 项产品规范 (如 MEMS 陀螺仪规范)。


此次会议,秘书处特别指出 IEC 62047-1 和 IEC 62047-4 两项标准由于 MEMS 技术和产业的飞速发展,各成员国需要考虑增加新的技术内容以满足行业需求,会后将以文件的形式征求各成员国意见。


此外,从 2007 年起,在工作组会议召开之际,中、日、韩三国轮流主办 MEMS 标准技术研讨会。去年也不例外,同期召开的 MEMS 标准技术研讨会共有 4 篇报告 :张大成 (北京大学,中国)——《用于测试微组装结构的机械性能的在线平台》;Takahiro ONAKADO( 微机电中心,日本)——《关于智能传感器及其接口的标准化》;Kazuki TAKASHIMA(熊本大学,日本)——《用扫描白光干涉法测量微米结构的应力和应力分布》,Kim KWANG-SEOP (机械和材料研究所,韩国)——《薄膜粘合强度的评价》。各国专家就 MEMS 领域中微米结构应变、微机械结构力学性能测试、智能传感器等热点技术进行了交流,介绍了微机械结构力学性能测试可采用的现场测试技术和片上系统;采用扫描白光干涉法测量微米结构的应力变化;智能传感器及其接口的标准化工作设想等。


4、我国应重点关注的标准化工作
MEMS 传感器是目前市场应用较为成熟的 MEMS 器件,其中 MEMS 惯性传感器、MEMS 麦克风几乎已成为新型设备的标配,MEMS 温湿度传感器、MEMS 压力传感器等在移动终端尤其是可穿戴设备上的应用近年来也迅速增长。


由于近年来硬件创新市场逐渐转移国内,中国市场对于 MEMS 传感器的需求增速远高于全球 MEMS 市场。MEMS 传感器当前主要应用领域集中在消费电子、汽车电子等领域,随着产品的不断成熟,航空航天、医疗电子、工业控制等领域的应用也逐渐普及。


目前,在 MEMS 领域,我国牵头制定的 IEC 62047-25:2016 已经发布,牵头制定的三项 MEMS 国际标准经过本次会议讨论将进入到 CD 阶段,未来我国应继续关注 MEMS 技术领域的设计、工艺、材料、产品性能测试等方面的标准化工作,引领产业发展。