一、组建全国专业标准化技术委员会的必要性(包括行业现状及其发展趋势,行业发展对标准化工作的需求,本领域国内外及国际标准化活动现状等)
(一)行业现状及发展趋势
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)微电子机械系统或微机电系统,是多种学科交*融合并具有战略意义的前沿高新技术,是未来的主导产业之一。MEMS技术自20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛关注,其主要技术途径有3种:(1)以美国为代表的、以集成电路加工技术为基础的硅微加工技术;(2)以德国为代表发展起来的LIGA技术;(3)以日本为代表发展的精密加工技术。
我国MEMS研究始于1989年,经过20余年的发展,已在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统样机等方面有了一定的基础和技术储备。经过“八五”、“九五”、“十五”和863计划的推动,现在内地MEMS的研发单位已达50多家,在表面微机械、体硅MEMS以及非硅MEMS工艺有很强的竞争实力,科研水平能够进入国际前十名。目前我国对MEMS器件有着巨大的市场需求:(1)硅压力传感器及变送器需求量500万只以上,主要应用于石油、化工、电力等行业;(2)集成压力传感器年需求量200万只以上,主要应用于汽车、大型中央空调以及医疗器械等行业;(3)气体检测传感器年需求量在700-850万套,主要应用于能源、环境、家庭安全等领域;新兴领域如航空航天对新型MEMS温度、湿度、惯性器件的大量需求,此外十二五期间,随着物联网、汽车电子等国家战略新兴产业在我国的推广应用和发展,对传感器尤其是MEMS器件的需求会呈现爆炸式增长。据预计,十二五期间,我国传感器市场复合增长率将在10%~21%之间,2015年我国传感器市场销售额将超过1200亿元。其中加速度计、陀螺仪、红外图像传感器、射频MEMS开关以及微流器件的增长将在30%~100%;微显示、微辐射热测试仪、压力传感器等18种产品的增长在20%~30%;医疗生命和通讯市场的增长率分别为18%和40%。
巨大的市场潜力也对MEMS器件的技术提出了更高的要求。随着MEMS技术成熟度的提高、与IC工艺兼容性的提高和MEMS器件封装技术的提高,MEMS器件正向着高精度、高集成度、低功耗、微型化以及易于批量生产的方向发展,并已在很多场合逐步替代传统的器件。总体来说,MEMS器件的发展是以应用为牵引,以新工艺、新材料和新技术为导向的。
(二)行业发展对MEMS器件标准化工作的需求
虽然国内市场对MEMS器件的需求量很大,但是由于MEMS器件涉及应用领域非常广,技术壁垒较高,每个研制单位的产品相对单一,产能相对有限,供货也多为点对点,这阻碍了MEMS器件的标准化的进程,不利于该产业的贸易发展。
我国目前MEMS器件的标准化工作比较分散,缺乏全面和系统的规划。产品质量水平参差不齐,产业集中度低。急需建立传感器的标准化委员会,系统规划本领域的标准体系,组织行业力量制定相应的标准,引导行业向标准化方向发展,并统一协调MEMS器件标准化工作的开展。MEMS器件其敏感元件采用MEMS技术进行制造,并与IC工艺制造的信号处理电路形成一个完整功能的器件。其整个制造加工工艺均以IC工艺为基础,并引入了LIGA技术等MEMS独有的体硅加工技术,所以应纳入集成电路领域统一规划,这有利于其标准化的发展。由于MEMS器件的质量主要由其产品设计、制造加工工艺和封装决定,目前MEMS器件行业对标准化工作也根据这三方面提出了以下需求:
第一、需制定产品设计规范标准,如MEMS结构设计标准;
第二、需制定MEMS工艺过程和测试方法的标准,如MEMS材料热膨胀系数测试方法、MEMS晶片到晶片键合强度测试等标准等;
第三、需制定MEMS器件的封装标准和产品详细规范,如MEMS产品封装标准、陀螺仪标准、加速度计标准等。
在制定我国国内MEMS标准的同时,需要实时跟踪国外先进MEMS标准的制修订情况,并及时转化为国标,为我所用,也需将国内先进标准向国际标准转化,为国内企业赢得更多的国际话语权。
(三)MEMS行业的国内和国际标准化情况
1、国内情况
我国与MEMS器件相关的标准化组织或机构分别为:“全国微机电技术(TC336)”标准化委员会。该标委会工作范畴为关键尺寸在微米量级内的机电一体化装置的制造加工、设计、集成、可靠性评价以及检测等共性技术。与本文提出的“MEMS系统”标准化委员会有很强的互补性, 虽然总体上界限还较为清楚,但个别测试方法可能会存在一定的交*。
目前“全国微机电技术”标准化委员会围绕MEMS技术,制定了部分国家和行业标准7项(见表1)。
表1 MEMS行业现行国家和行业标准
这
些标准对MEMS技术的发展和相关产品的检测具有较好的价值,但在MEMS器件和系统方面,严重缺乏产品规范和相关的产品检测方法。
2、国际情况
MEMS标准化工作在国际上很受重视,IEC、SEMI和IEEE等国际标准化机构在开展MEMS标准化工作。其中以IEC TC47 SC47F(半导体,MEMS分技术委员会)最为活跃,该分技术委员会的范畴为研制MEMS系统的设计、制造、使用过程中对环境无害的国际标准。包括术语和定义,字母符号,基本额定值和特性,测量方法,可靠性试验方法和材料测试方法等,其下设3个WG工作组,分别为(1)术语、图形符号工作组;(2)MEMS结构材料性能测试方法;(3)MEMS器件和封装。该分技术委员会已发布25项MEMS标准,且还有近10项在研标准。已经发布的技术标准包括MEMS术语和定义、MEMS通用规范、MEMS用材料性能评价及测试方法等。具体见表2。
表2 IEC TC47 SC47F已发布及在研标准
序号 |
国际标准名称 |
转换情况 |
1 |
半导体器件-微机电系统-第1部分:术语和定义 |
转换GB 26111-2010 |
2 |
半导体器件-微电子机械器件-第2部分:薄膜材料的拉伸试验方法 |
- |
3 |
半导体器件-微电子机械器件-第3部分:拉伸试验用薄膜材料标准试验片 |
- |
4 |
半导体器件-微电子机械器件-第4部分:MEMS通用规范 |
拟立项转换 |
5 |
半导体器件-微电子机械器件-第5部分:RF MEMS开关 |
拟立项转换 |
6 |
半导体器件-微电子机械器件-第6部分:薄膜材料的轴向疲劳试验方法 |
- |
7 |
半导体器件-微电子机械器件-第7部分:MEMS FBAR滤波器和双工机 |
拟立项转换 |
8 |
半导体器件-微电子机械器件-第8部分:关于薄膜拉伸特性测量中条弯曲测量方法 |
- |
9 |
半导体器件-微电子机械器件-第9部分:MEMS的晶片到晶片键合强度测量 |
- |
10 |
半导体器件-微电子机械器件-第10部分:MEMS材料的压缩试验 |
- |
11 |
半导体器件-微电子机械器件-第11部分:MEMS 材料的线性热膨胀系数测试方法 |
- |
12 |
半导体器件-微电子机械器件-第12部分:采用MEMS谐振结构的薄膜材料疲劳试验方法 |
- |
13 |
半导体器件-微电子机械器件-第13部分:MEMS结构的粘附强度测量方法 |
- |
14 |
半导体器件-微电子机械器件-第14部分:金属薄膜材料结构界限测量方法 |
- |
15 |
半导体器件-微电子机械器件-第15部分:玻璃芯片键合强度测量方法 |
- |
16 |
半导体器件-微电子机械器件-第16部分:MEMS薄膜材料中残留应力测量方法-晶片弯曲和悬臂梁方法 |
- |
17 |
半导体器件-微电子机械器件-第17部分:薄膜材料的膨胀机械性能测量方法 |
- |
18 |
半导体器件-微电子机械器件-第18部分:薄膜材料弯曲试验方法 |
- |
19 |
半导体器件-微电子机械器件-第19部分:电子罗盘 |
拟立项转换 |
20 |
半导体器件-微电子机械器件-第20部分:陀螺仪 |
拟立项转换 |
21 |
半导体器件-微电子机械器件-第21部分:MEMS薄膜材料纵横应变比测试方法 |
- |
22 |
半导体器件-微电子机械器件-第22部分:柔性基板上的导电薄膜的电动机械拉力试验方法 |
- |
23 |
半导体器件-微电子机械器件-第23部分:几何量评定总则 |
由GB/T 26113-2010微机电系统(MEMS)技术 微几何量评定总则转换 |
24 |
半导体器件-微电子机械器件-第24部分:硅基MEMS制造技术-版图设计基本规则 |
由GB/T28274-2012硅基MEMS制造技术-版图设计基本规则转换 |
25 |
半导体器件-微电子机械器件-第25部分:硅基MEMS制造技术-微键合区剪切和拉压强度检测方法 |
由GB/T28277-2012硅基MEMS制造技术-微键合区剪切和拉压强度检测方法 |
表2可见,国内MEMS标准化工作与国际上还存在着一定差距,需要尽快研究相关国际标准,并选择性转换成国标。为国内MEMS产业所用。
3、产品体系以及标准归口的领域分布
目前国内国标层面还没有MEMS产品规范,所以MEMS产品基本没有归口管理。下表给出了MEMS器件主要的产品及归口领域的分布。
表3 MEMS传感器主要类型
产品类别 |
归口组织 |
MEMS温度传感器 |
- |
MEMS热流传感器 |
- |
MEMS热导率传感器 |
- |
MEMS速度传感器 |
- |
MEMS加速度传感器 |
- |
MEMS力矩传感器 |
- |
MEMS位移传感器 |
- |
MEMS位量传感器 |
- |
MEMS密度传感器 |
- |
MEMS电流传感器 |
- |
MEMS电压传感器 |
- |
MEMS电场传感器 |
- |
MEMS静电传感器 |
- |
MEMS溴气浓度传感器 |
- |
MEMS一氧化碳传感器 |
- |
MEMS氧气传感器 |
- |
MEMS二氧化碳传感器 |
- |
MEMS总烃传感器 |
- |
MEMS流量计 |
- |
MEMS氧化铝湿度传感器 |
- |
MEMS高分子湿度传感器 |
- |
MEMS磁滞湿度传感器 |
- |
MEMS声压传感器 |
- |
MEMS噪声传感器 |
- |
MEMS超声波传感器件 |
- |
MEMS磁场强度传感器 |
- |
MEMS磁通密度传感器 |
- |
MEMS图像传感器 |
- |
MEMS气体传感器 |
- |
MEMS陀螺 |
- |
MEMS复合量传感器 |
|
二、拟负责制修订国家标准详细的专业领域(包括与国际标准组织对口建议)
本专业将开展“微电子机械系统(MEMS)”的标准化工作,与IEC TC47 SC47F MEMS分技术委员会对口。具体涵盖以下领域:
1、MEMS器件通用术语、MEMS器件命名法及代号、MEMS器件文字和图形符号、MEMS器件封装标准等基础标准;
2、MEMS器件、产品的总规范、空白规范和详细规范
3、MEMS器件工艺过程、材料、产品的测试方法标准; |