半导体器件 微机电器件 第2部分：薄膜材料的拉伸试验方法-编制说明

国家标准征求意见资料

一、工作简况

1、任务来源

本项目是国家标准化管理委员会下达的国家标准制定计划，由工业和信息化

部(电子)归口，项目计划号：20204116-T-339。任务起止时间是2020年11月至2022

年5月。

2、主要工作过程

在接到该项国家标准制定任务后，成立了标准编制组，收集了有关拉伸试验、

薄膜材料的标准，对相关标准内容进行了研究和分析工作，并进行调研走访，征

集意见和建议，按照国家标准编制程序与要求，进行《半导体器件微机电器件第

2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》的编制，主要编制过程如下：

1）成立标准编制组

2021年1月，成立了由河北美泰公司和中电国基北方有限公司的相关设计

师、工艺师、标准化员以及相关领导组成的标准编制组，并明确分工、各阶段的

时间节点以及各阶段的主要工作内容。

2）标准资料查询、收集和分析

2021年2月～5月，编制组查询、收集和分析了拉伸试验、薄膜材料相关的

国内外标准和文献资料，对标准资料进行了分析和整理。

3）标准起草

2021年5月～2021年8月，通过对收集资料的分析和研究，按照GB/T

1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》和GB/T1.2-2020

《标准化工作导则第2部分：以ISO/IEC标准化文件为基础的标准化文件起草

规则》的要求，于2021年9月完成标准草案的编制，包括范围、规范性引用文

件、符号及定义、试验方法和试验设备、试验片、试验报告等章节，并在美泰公

司内部组织对标准草案进行了讨论，编制组根据意见进行了标准文本的修改和完

善，形成了GB/Txxx-201X《半导体器件微机电器件第2部分：薄膜材料的拉

伸试验方法》征求意见稿初稿。2021年9月～10月在参编单位范围内征求意见，

并根据提出的修改意见，进一步修改完善标准内容，形成标准征求意见稿。

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3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

起草单位：河北美泰电子科技有限公司、中电国基北方有限公司。

河北美泰电子科技有限公司负责技术调研、资料收集、IEC标准翻译和技术

研究、标准各阶段文件的编写、征求意见等工作。

中电国基北方有限公司负责参与技术研讨、标准编写指导、意见处理情况确

认等工作。

二、标准编制原则和确定主要内容的依据及解决的主要问题

1、编制原则

1）根据薄膜材料自身的特点和产品研制、生产、使用中对薄膜材料参数测

试的实践经验积累，等同采用IEC62047-2：2006《半导体器件微机电器件第

2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》。

2）认真贯彻国家有关法律法规和方针政策，依据GB/T1.1-2020和GB/T

1.2-2020给出的规则编写。

3）合理利用资源，推广先进技术成果，在符合使用要求前提下，有利于标

准对象的简化、选优、通用和互换，做到技术上先进、经济上合理，薄膜材料是

微机电系统（MEMS）、微机械和同类微型器件的主要结构材料，标准文本中规定

的薄膜材料的拉伸试验方法是国际通用的方法。

2、确定主要内容的依据

标准编制过程中考虑了相关标准的协调配套，积极采用国际标准。目前与薄

膜材料拉伸试验有关的国际标准有IEC62047系列标准，其中IEC62047-2《薄

膜材料的拉伸试验方法》，主要适用范围为基于半导体技术制作的微机电器件中

薄膜材料的拉伸试验方法，本标准等同采用IEC62047-2：2006。

本标准中部分参数试验方法引用了ISO6892《金属材料-室温下拉伸试验方

法》，ISO6892《金属材料-室温下拉伸试验方法》中术语适用于本标准。

本标准包含六章内容：范围、规范性引用文件、符号及定义、试验方法和试

验设备、试验片和试验报告。各章规定的主要内容如下：

1）第1章范围：本标准规定了薄膜材料的拉伸试验的术语和定义、试验环

境、试验设备仪器和试验方法。本标准适用于长度和宽度均小于1mm，厚度小于

10um的薄膜材料的拉伸特性的试验。

2）第2章规范性引用文件：主要列出了本标准引用的标准化文件ISO6892

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《金属材料-室温下拉伸试验方法》。本标准中以注的方式，给出了相应的国家标

准编号和采用程度：GB/T228.1-2010金属材料拉伸材料第1部分：室温试验

方法（ISO6892-1:2009，MOD），以方便标准的使用者。

3）第3章符号和定义：规定了本标准中涉及的符号和定义，对薄膜材料的

拉伸试验应用到的符号进行了汇总。

4）第4章试验方法和试验设备：主要包括薄膜材料的拉伸试验中涉及的试

验方法及试验中涉及的设备仪器要求。

试验片固置（夹持）方法中规定了试验片在试验设备上的固置方式。

试验片加载方法中规定了试验片在试验设备上施加拉伸力的原则。

试验片拉伸速率中规定了拉伸试验过程中拉力和应变的变化速率。

载荷检测方法中规定了拉伸试验过程中，载荷检测元件应具有的拉伸强度测

试精度。

延伸率试验方法中规定了拉伸试验过程中推荐的检测方法及该试验方法能

测量到的应变变化精度。

应力-应变曲线处理方法中规定了试验过程的记录方式。

5）第5章试验片：规定了用于薄膜材料的拉伸试验的试验片制备的具体要

求。

试验片外形中规定了试验片的外形和几何尺寸，如长、宽和标距等以及试验

片尺寸的控制精度范围。

试验片的厚度规定了试验片厚度的测量原则以及厚度测量精度要求。

标准刻线规定了标准刻线的长宽比、厚度范围等几何尺寸，对标准刻线的材

料特性提出了具体要求。

6）第6章试验报告：规定了薄膜材料的拉伸试验报告应包含的信息。

3、编制过程中解决的主要问题（做出的贡献）

随着微机电系统（MEMS）的快速发展，越来越多的微电子工厂投入到MEMS

器件的制造中，薄膜材料是微机电系统（MEMS）、微机械和同类微型器件的主要

结构材料，这种材料都具有特殊特性，如典型尺寸只有几个微米，这些材料的制

备通过淀积工艺实现，且试样制备过程采用刻蚀和光刻等非机械加工的方式。

本标准结合薄膜材料的结构特点，等同采用IEC62047-2：2006《半导体器

件微机电器件第2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》，适用于长度和宽度均小

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于1mm，厚度小于10um的薄膜材料的拉伸性能的测试。通过本标准的建立可以弥

补国内相关领域标准的空白，规范基于半导体技术制作的微机电、微机械器件中

薄膜材料的拉伸试验方法，使我国相关检验方法与国际接轨，提高我国半导体

MEMS器件的质量。

三、主要试验[或验证]情况分析

微机电器件（MEMS器件），已广泛应用于加速度传感器、惯性、压力传感器、

微型喷气发动机、大规模数据存储系统和微型的生物化学分析设备等，应用领域

还在不断扩大。在多数MEMS器件中，所用材料的力学性能是保证器件正常运行的

关键参数，MEMS器件设计也要依靠材料的选择和对材料力学性能的准确测量与描

述。

MEMS器件的设计和选材受到加工工艺的限制，大量采用薄膜材料。薄膜材

料的力学特性，如弹性模量、残余应力、泊松比、断裂强度、疲劳强度等，是

决定MEMS器件性能的重要参数，是设计中不可缺少的数据。薄膜材料与块状材

料的力学特性与性能可能不同，这是由于存在较强的尺寸效应，薄膜材料的力

学特性与成膜装置、成膜条件及热处理等条件有密切关系，而且微构件的力学

特性还难以用常规的方法测试，存在着很多困难，试样非常微小(一般在十几

微米~几百微米)，试样的安装、对准非常困难。应变的测量极为困难，要求

有高精度的应变测量技术。试样尺寸小，所承受的最大载荷也小，摩擦力的影

响不可忽略。以上困难导致薄膜材料力学性能数据至今仍很匮乏，特别是缺乏

屈服应力、极限强度等材料强度指标，该现状严重阻碍了MEMS技术的发展和推

广，MEMS薄膜材料力学性能试验技术的研究已迫在眉睫。

薄膜材料力学性能试验方法有纳米压痕试验、薄膜打压试验、梁弯曲试验、

微拉曼光谱法、以及单轴拉伸试验等方法，与其他试验方法相比，单轴拉伸试验

是最直接测试材料应力-应变关系的方法。从原理上讲，与传统的块体材料的单

轴拉伸试验方法相类似，要求分别测量位移和载荷分量，单轴拉伸试验不仅可

以得到薄膜材料包括塑性变形在内的拉伸应力-应变曲线的全过程，实验数据也

易于分析说明。单轴拉伸试验可以测定弹性模量、屈服强度，而且还可以确定

材料的极限强度、破坏应变等工程上更为关心的力学性能参数。这方面已有一些

成功的报道，国外对MEMS材料力学性能的研究起步较早，Sharpe等人采用与传

统拉伸试样相类似的(狗骨状)试样(dog-bone)，用燕尾槽夹持试样，力传

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感器测量载荷，干涉应变计法测量试样的应变；西北工业大学也开展了MEMS材

料力学性能测试系统的研制，采用的是单轴拉伸试验方法，这些已有应用均证

明本标准中涉及的拉伸试验方法有效。

四、知识产权情况说明

不涉及。

五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果

微电子机械系统（MEMS）是采用类似集成电路技术制造的微器件，由微米尺

度的机械结构（支撑梁、悬臂、薄膜、微镜和流体通道等）和模拟、数字集成电

路相集成而成。MEMS分为两大类，即传感器和执行器，MEMS作为传感器可从其周

边环境接收信息，MEMS作为执行器可响应来自控制系统的指令而改变其环境。

MEMS是近20年来发展迅速具有战略意义的前沿高新技术，也是未来的主导产业之

一，随着消费电子、汽车电子的应用长足发展，5G、物联网等行业方兴未艾，带

动了MEMS产品快速增长。“十三五”期间，作为传感器领域的重要增长点，MEMS

产业发展成果尤为丰硕，中国已成为全球MEMS市场发展最快的地区，中国MEMS

产业市场规模从2016年的363亿元，以年均复合15%的增长率，到2020年约708亿

元，远高于全球约9.6%的增速。MEMS产业在中国大陆形成了多个产业聚集区，苏

州、北京、上海、深圳、武汉、郑州、无锡等地都在大力发展MEMS产业，中国的

重量级的8寸制造工厂开始投资开发智能传感器的生产制造平台，中芯国际集成

电路制造（上海）有限公司从2010年就开始进入在MEMS传感器的技术开发领域。

MEMS薄膜材料是MEMS器件的主要结构材料，《半导体器件微机电器件第2

部分：薄膜材料的拉伸试验方法》是对基于半导体技术制作的微机电器件中薄膜

材料质量和可靠性进行检验和试验的依据。本标准规定了长宽小于1mm，厚度小

于10um的薄膜材料的拉伸试验方法。补充了国内同类薄膜材料拉伸试验方法领域

的空白，提高了基于半导体技术制作的微小薄膜材料的拉伸试验的准确性和规范

性。本标准可以使我国相关领域的检验方法与国际接轨，促使我国半导体MEMS

器件的质量水平达到国际水平。

六、采用国际标准和国外先进标准情况

目前与薄膜材料试验有关的国际标准有IEC62047系列标准，IEC62047-2

《薄膜材料的拉伸试验方法》是IEC62047已经发布试验方法标准之一，已经于

2006年发布。本标准等同采用现行有效的IEC62047-2：2006。

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七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性

本规范与现行的法律、法规及国家标准、国家军用标准和行业标准相协调一

致。

目前国内暂无基于半导体技术制作的薄膜材料的拉伸试验方法。有关薄膜材

料拉伸试验的标准有GB/T1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜

和薄片的试验条件》，GB/T25255-2010《光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯

(PET)薄膜拉伸性能测定方法》，但GB/T1040.3-2006适用于测定厚度小于1mm

的塑料薄膜或薄片拉伸的试验条件，GB/T25255-2010适用于光学功能PET薄膜及

以PET薄膜为基材的功能薄膜拉伸性能的检验，而对于基于半导体技术制作的微

机电器件中薄膜材料，无论从材料类型、制备工艺、外观尺寸上都有很大的差别。

本标准针对基于半导体技术制作的微机电器件中薄膜材料，这种材料具有特殊特

性，如典型尺寸只有几个微米，这些材料的制备通过淀积工艺实现，且试样制备

过程采用刻蚀和光刻等非机械加工的方式，为了实现能够满足这种材料特殊特性

测试的精度要求，本标准规定的该材料特性的试验方法。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

本标准在编制过程中无重大分歧意见。

九、标准性质的建议

本标准是推荐性标准。

十、贯彻标准的要求和措施建议

本标准发布实施后，应在MEMS器件的研制、生产、检验和使用单位中进行宣

贯，推进标准尽快实施。

十一、替代或废止现行相关标准的建议

无。

十二、其它应予说明的事项

无。

国家标准

《半导体器件微机电器件第2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》编写组

2021-11-30

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一、工作简况

1、任务来源

本项目是国家标准化管理委员会下达的国家标准制定计划，由工业和信息化

部(电子)归口，项目计划号：20204116-T-339。任务起止时间是2020年11月至2022

年5月。

2、主要工作过程

在接到该项国家标准制定任务后，成立了标准编制组，收集了有关拉伸试验、

薄膜材料的标准，对相关标准内容进行了研究和分析工作，并进行调研走访，征

集意见和建议，按照国家标准编制程序与要求，进行《半导体器件微机电器件第

2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》的编制，主要编制过程如下：

1）成立标准编制组

2021年1月，成立了由河北美泰公司和中电国基北方有限公司的相关设计

师、工艺师、标准化员以及相关领导组成的标准编制组，并明确分工、各阶段的

时间节点以及各阶段的主要工作内容。

2）标准资料查询、收集和分析

2021年2月～5月，编制组查询、收集和分析了拉伸试验、薄膜材料相关的

国内外标准和文献资料，对标准资料进行了分析和整理。

3）标准起草

2021年5月～2021年8月，通过对收集资料的分析和研究，按照GB/T

1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》和GB/T1.2-2020

《标准化工作导则第2部分：以ISO/IEC标准化文件为基础的标准化文件起草

规则》的要求，于2021年9月完成标准草案的编制，包括范围、规范性引用文

件、符号及定义、试验方法和试验设备、试验片、试验报告等章节，并在美泰公

司内部组织对标准草案进行了讨论，编制组根据意见进行了标准文本的修改和完

善，形成了GB/Txxx-201X《半导体器件微机电器件第2部分：薄膜材料的拉

伸试验方法》征求意见稿初稿。2021年9月～10月在参编单位范围内征求意见，

并根据提出的修改意见，进一步修改完善标准内容，形成标准征求意见稿。

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3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

起草单位：河北美泰电子科技有限公司、中电国基北方有限公司。

河北美泰电子科技有限公司负责技术调研、资料收集、IEC标准翻译和技术

研究、标准各阶段文件的编写、征求意见等工作。

中电国基北方有限公司负责参与技术研讨、标准编写指导、意见处理情况确

认等工作。

二、标准编制原则和确定主要内容的依据及解决的主要问题

1、编制原则

1）根据薄膜材料自身的特点和产品研制、生产、使用中对薄膜材料参数测

试的实践经验积累，等同采用IEC62047-2：2006《半导体器件微机电器件第

2部分：薄膜材料的拉伸试验方法》。

2）认真贯彻国家有关法律法规和方针政策，依据GB/T1.1-2020和GB/T

1.2-2020给出的规则编写。

3）合理利用资源，推广先进技术成果，在符合使用要求前提下，有利于标

准对象的简化、选优、通用和互换，做到技术上先进、经济上合理，薄膜材料是

微机电系统（MEMS）、微机械和同类微型器件的主要结构材料，标准文本中规定

的薄膜材料的拉伸试验方法是国际通用的方法。

2、确定主要内容的依据

标准编制过程中考虑了相关标准的协调配套，积极采用国际标准。目前与薄

膜材料拉伸试验有关的国际标准有IEC62047系列标准，其中IEC62047-2《薄

膜材料的拉伸试验方法》，主要适用范围为基于半导体技术制作的微机电器件中

薄膜材料的拉伸试验方法，本标准等同采用IEC62047-2：2006。

本标准中部分参数试验方法引用了ISO6892《金属材料-室温下拉伸试验方

法》，ISO6892《金属材料-室温下拉伸试验方法》中术语适用于本标准。

本标准包含六章内容：范围、规范性引用文件、符号及定义、试验方法和试

验设备、试验片和试验报告。各章规定的主要内容如下：

1）第1章范围：本标准规定了薄膜材料的拉伸试验的术语和定义、试验环

境、试验设备仪器和试验方法。本标准适用于长度和宽度均小于1mm，厚度小于

10um的薄膜材料的拉伸特性的试验。

2）第2章规范性引用文件：主要列出了本标准引用的标准化文件ISO6892

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《金属材料-室温下拉伸试验方法》。本标准中以注