ICS31.200 L55 中华人民共和国国家标准 GB/T26112—2010 微 机电系统(MEMS)技术 微机械量评定总则 Micro-electromechanicalsystemtechnology— Generalrulesfortheassessmentofmicro-mechanicalparameters 2011-01-10发布 2011-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC336)提出并归口。 本标准起草单位:天津大学、中机生产力促进中心、西安交通大学、大连理工大学、太原理工大学、中 原工学院。 本标准主要起草人:胡晓东、丁红宇、刘伟、张苹、景蔚宣、蒋庄德、刘冲、张文栋、赵则祥。 ⅠGB/T26112—2010 微机电系统(MEMS)技术 微机械量评定总则 1 范围 本标准规定了微机械量的评定基本原则、评定要素、评定程序、评定方法以及评定规则。 本标准适用于企业、研究机构、检测机构从事微机电技术及产品的研究、设计、生产、检测及使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本 文件。凡是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。 GB/T26111 微机电系统(MEMS)技术 术语 3 术语和定义 GB/T26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 微机械量 micro-mechanicalparameters 泛指一切与微机械性质和状态相关的物理量,包括几何量、流量、温度、声学、力学和运动等物理量; 由于几何量、流量、温度、声学等物理量进行了专门的分类,因此微机械量是指位移、速度、加速度、振动 等运动特性参量,以及与运动特性相关的力学参量。 3.2 微位移 Microscaledisplacement 描述质点在微米级尺度下位置变化的物理量,其大小等于起点至终点的直线距离,方向由起点指向 终点。 注1:微结构在受到一定激励的条件下会产生位置的变化,典型的位置变化有两种形式,平移和转动,分别对应线位 移和角位移。 注2:如果将微结构基底作为一个参考平面,与这个参考平面面平行的位移为面内位移,否则称为离面位移。 3.3 振动 vibration 物体的往复运动。按照往复运动的方向可分为线振动和角振动。评定微结构的振动特性主要包 括:振动幅度、谐振频率、振动模态、品质因子。 3.4 残余应力 residualstress 在微加工处理完成后,在没有外力的作用下,在微机械结构内部保持平衡而存留的应力,称为残余 应力,是内应力、外应力和热应力的综合作用。 3.5 应力梯度 stressgradient 微机械结构残余应力在厚度方向的非均匀分布,悬空式微机械结构在下部牺牲层释放后会由于残 1GB/T26112—2010 余应力梯度的存在而发生弯曲。 4 评定基本原则 微机械量评定宜遵从冗余原则和适应性原则。 冗余原则: ———任何测量系统都存在误差,当减小阿贝误差、热变形最小等方法不能提高测量精度时,要考虑 采用冗余测量,如用测量次数的增加、测量传感器的增加等测量方式的改变来提高测量精度; ———合理设计冗余度; ———在机械量测量中,可利用冗余对测量信息进行诊断,剔出粗大误差。 适应性原则: ———测量结构的设计应符合现有工艺准则; ———应对可行的测量方法进行比较,选择最适合的测量方法。 5 评定要素 微机械量的评定要素(见表1)主要包括:运动特性参数、力学特性参数两类。 表1 评定要素分类表 类 别 评定要素 运动特性参数微位移 速度 振动幅度 谐振频率 振动模态 品质因子 力学特性参数 应力 6 评定程序 微机械量评定的基本程序(见图1)如下: a) 根据评定要素确定测量任务,对于不能直接进行测量的评定要素,可以通过计算转化等方法采 用间接测量方法进行; b) 根据可行性和现有条件,确定合适的测量方法(框2); c) 根据测量方法,明确测量步骤,进行测量(框3); d) 按照所选方法确定测量次数,将测量数据(框4)进行误差分析及误差处理(框5),如需要进行 相应计算转化才能得到评定要素,则按照给定的计算方法进行计算(框6)得到计算结果; e) 根据测量过程等因素,进行测量不确定度概算(框7); f) 选定合适的评定规则、评定指标对处理后的测量结果进行评定(框8),得出评定结论(框9)。 2GB/T26112—2010 图1 微机械量评定的基本程序框图 7 测量样品 凡使用的测量样品需给出测量样品规范。测量样品规范应包括样品的结构几何特征尺寸、表面特 征等对测量样品特征进行描述的文字(如需要可以加图形进行描述),确保使用者可以明确测量样品的 结构特征和激振方式。 8 测量方法 8.1 测量方法概述 微结构的运动特性参数的测量可采用的测量方法有:计算机微视觉技术、显微干涉技术、激光多普 勒技术。(参见附录A中的A.1) 微结构的力学特性参数测量可采用的测量方法有:无外加载荷静态弯曲法、外加载荷动态弯曲法、 拉曼光谱法、X射线衍射法。(参见附录A中的A.2) 表2 测量方法与评定要素对应表 评定要素 测试方法微位移 速度 振动幅度谐振频率振动模态品质因子 计算机微视觉技术 √ √ √ √ ○ √ 显微干涉技术 √ √ √ √ √ √ 激光多普勒技术 √ √ √ √ √ √ 注1:√表示测量方法可用于此评定要素的测量,○表示测量方法不可用于此评定要素的测量。 注2:计算机微视觉技术一般是基于微结构的平面特征实施测量,故只能对平面的2维运动特性进行评定。 注3:显微干涉技术和激光多普勒技术获取的是微结构的离面运动信息,故只能对离面运动特性进行评定。 注4:激光多普勒技术一般是获得微结构单点的离面运动信息,为了实现振动模态的测量需要进行逐点扫描 测量。 8.2 测量条件 需给出明确的测量条件(如测量环境、仪器等)。 凡所使用的测量仪器和设备需经国家计量部门校准且在校准期内使用。 3GB/T26112—2010 9 测量数据处理 9.1 测量误差的类型 测量结果应进行误差分析。按它们在测量结果中出现的规律,误差可分为系统误差、随机误差和粗 差、漂移。 ———在重复条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差,称为 系统误差; ———测量结果在可重复条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差,称为随机 误差; ———由测量过程中不可重复的突发事件所引起的误差,称为粗大误差; ———漂移是一种随时间或随使用次数而改变的误差,由不受控的影响量的系统影响所引起的。 9.2 测量数据误差处理 对上述四类误差进行判别之后,进行正确的处理,以减小误差对测量结果的影响。 ———根据系统误差的特征,采用合适的方法进行判别,找出产生系统误差的原因,并采取有效措施 来减小系统误差的影响; ———根据随机误差的性质,对随机误差宜运用相关的概率理论进行分析处理,得出测量结果的置信 概率与置信区间; ———根据粗差特点,采用合适的判断准则,从测量数据中正确地找出粗差,并剔出; ———漂移可采用处理系统误差的方法处理。 9.3 测量数据计算 对已经进行误差处理之后的数据,如果需要进行相应的计算之后才能得到评定要素的值,则按照给 定的公式进行计算,得到计算结果。 9.4 测量不确定度概算 为了验证是否符合要求,应把测量不确定度考虑进去,对测量结果进行不确定度概算,并在测量结 果的完整表述中,给出测量不确定度,必要时还应说明有关影响量的取值范围。 10 评定规则 在对计算结果进行评定时,需要按照测量对象和方法给出相应的评定规则。 11 评定结论 应根据测量任务要求给出明确的唯一的评定结论,并对评定结果进行简要说明。评定结论中应给 出尽可能多的信息,避免用户错误的使用评定结果。 4GB/T26112—2010