半導體傳感器和MEMS國際標準化進(jìn)展

　　去年，IEC TC47/SC47E (半導體分立器件標準化分技術(shù)委員會(huì )) 和IEC TC47/SC47F (MEMS標準化分技術(shù)委員會(huì )) 工作組會(huì )議及MEMS標準研討會(huì )在日本東京召開(kāi)。共有來(lái)自中國、日本、韓國的37位專(zhuān)家參加。中國代表團由中國電子技術(shù)標準化研究院、中電13所、航天704所、中機生產(chǎn)力促進(jìn)中心、北京大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等單位的12名代表組成，參加了此次全部會(huì )議。

　　IEC TC47/SC47E下設兩個(gè)工作組：WG1 (半導體傳感器工作組)、WG2 (微波器件工作組)。IEC TC47/SC47F下設三個(gè)工作組及一個(gè)標準維護組：WG1 (術(shù)語(yǔ)和定義工作組)、WG2 (MEMS材料和結構特性試驗方法工作組)和WG3 (MEMS封裝和器件工作組)、MT1 (標準維護組)。

　　1、18項國際標準取得重要進(jìn)展

　　經(jīng)過(guò)各工作組討論和審核，IEC 60747-14-10《半導體器件第14-10部分：半導體傳感器可穿戴葡萄糖傳感器性能評價(jià)方法》和IEC 60747-14-11《半導體器件第14-11部分：半導體傳感器用于測量紫外線(xiàn)、光線(xiàn)和溫度的、基于聲表面波的集成傳感器測量方法》等18項國際標準得到重要推進(jìn)，見(jiàn)表1。

　　其中我國牽頭制定的三項標準即將進(jìn)入到CD階段：

　　(1) IEC 62047-32是航天704研究所和中國電子技術(shù)標準化研究院共同提出的MEMS器件性能測試方法標準，主要規定了MEMS諧振器振動(dòng)非線(xiàn)性頻率響應、強度及頻率漂移的測試方法。MEMS諧振器振動(dòng)非線(xiàn)性測試技術(shù)的發(fā)展始于20世紀80年代，經(jīng)歷了從實(shí)驗測試到目前具有較完善理論支撐的振動(dòng)非線(xiàn)性測試的發(fā)展過(guò)程，其趨勢正從機械振動(dòng)非線(xiàn)性向機械、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等多物理場(chǎng)耦合振動(dòng)非線(xiàn)性特性測試方向發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，以MEMS諧振器為核心器件的各種傳感器、濾波器等已經(jīng)大量應用于儀器儀表和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　(2) IEC 62047-33由北京大學(xué)提出，規定了MEMS壓阻式壓力敏感器件的術(shù)語(yǔ)和定義、試驗條件和試驗方法，適用于MEMS壓阻式壓力敏感器件的研制，生產(chǎn)和使用，對于規范器件的性能指標、可靠性等具有重要意義。

　　(3) IEC 62047-34由北京大學(xué)提出，規定了MEMS壓阻式壓力敏感器件晶圓級性能參數測試方法，具體性能參數包括電阻、常壓輸出、靜態(tài)性能 (滿(mǎn)量程輸出、零點(diǎn)輸出、非線(xiàn)性、遲滯、重復性、精確度、靈敏度、零點(diǎn)漂移)、溫度性能 (熱零點(diǎn)漂移、熱靈敏度漂移、熱零點(diǎn)滯后、熱靈敏度滯后) 等，對每項參數的測試目的、測試步驟和數據處理方法等內容進(jìn)行詳細描述。

　　我國專(zhuān)家作為項目成員參與了IEC 60747-14-11、IEC 60747-18-3和IEC 62047-31三項國際標準的制定工作。IEC 60747-14-11規定了集成紫外線(xiàn)、光線(xiàn)和溫度傳感器、基于聲表面波的傳感器的工作原理、環(huán)境條件和測量方法，其中測量方法有直接模式和基于自振的微分放大器模式兩種。IEC 60747-18-3規定了無(wú)透鏡CMOS光子傳感器陣列封裝模塊的流體的流動(dòng)特性評估方法、測試環(huán)境等。IEC 62047-31基于斷裂力學(xué)原理，用四點(diǎn)彎曲的方法測試MEMS分層材料的界面粘附能。

　　2、標準化新動(dòng)向

　　此次會(huì )上，SC47E秘書(shū)處通報IEC新籌備成立了TC124 (可穿戴器件和技術(shù)標準化委員會(huì ))，將由該技術(shù)委員會(huì )負責對IEC 60747-14-10開(kāi)展后續工作。

　　同時(shí)，韓國代表提議SC47E成立新的標準工作組——生物半導體器件標準工作組，制定如生物FET和無(wú)透鏡光子陣列傳感器等醫用方面的傳感器技術(shù)標準。會(huì )后秘書(shū)處將以正式文件的形式征集各成員國對此提案的意見(jiàn)。

　　此外，秘書(shū)處通報了IEC/TC49 (頻率控制、選擇和探測用壓電、介電與靜電器件及相關(guān)材料標準化技術(shù)委員會(huì )) 對IEC 60747-14-11標準制定的意見(jiàn)。TC49認為該標準規定的是聲表面波器件，應由TC49/WG13 (壓電傳感器工作組) 負 責。目前SC47E/WG1和TC49/WG13已成立聯(lián)合項目組(PT60747-14-11)，共同制定該標準。

　　可以看到當前科學(xué)技術(shù)不再依賴(lài)單一學(xué)科的發(fā)展 ， 而是多學(xué)科或跨學(xué)科的技術(shù)交叉、融合的飛速發(fā)展，標準化領(lǐng)域也同樣面臨此問(wèn)題。

　　3、MEMS標準化進(jìn)展飛速

　　IEC TC47/SC47F是2008年成立的分技術(shù)委員會(huì )， 負責制定MEMS器件國際標準，是TC47下最活躍的分技術(shù)委員會(huì )，每年制修訂標準數量超過(guò)5項，參與成員國有中、日、韓、德、美等主要MEMS設計、生產(chǎn)和制造強國。目前其下設有三個(gè)工作組，分別為WG1研究制定MEMS術(shù)語(yǔ)、總則等通用基礎標準 ;WG2研究制定MEMS工藝標準、測試方法等標準 ;WG3研究制定器件產(chǎn)品規范和封裝標準。該分技術(shù)委員會(huì )已發(fā)布了26項國際標準，涵蓋了MEMS總則、大量的MEMS材料性能評估測試方法標準(如MEMS薄膜應力測試方法) 和4項產(chǎn)品規范 (如MEMS陀螺儀規范)。

　　此次會(huì )議，秘書(shū)處特別指出IEC 62047-1和IEC 62047-4兩項標準由于MEMS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，各成員國需要考慮增加新的技術(shù)內容以滿(mǎn)足行業(yè)需求，會(huì )后將以文件的形式征求各成員國意見(jiàn)。

　　此外，從2007年起，在工作組會(huì )議召開(kāi)之際，中、日、韓三國輪流主辦MEMS 標準技術(shù)研討會(huì )。去年也不例外，同期召開(kāi)的MEMS標準技術(shù)研討會(huì )共有4篇報告 ：張大成 (北京大學(xué)，中國)——《用于測試微組裝結構的機械性能的在線(xiàn)平臺》;Takahiro ONAKADO( 微機電中心，日本)——《關(guān)于智能傳感器及其接口的標準化》;Kazuki TAKASHIMA(熊本大學(xué)，日本)——《用掃描白光干涉法測量微米結構的應力和應力分布》，Kim KWANG-SEOP (機械和材料研究所，韓國)——《薄膜粘合強度的評價(jià)》。各國專(zhuān)家就MEMS領(lǐng)域中微米結構應變、微機械結構力學(xué)性能測試、智能傳感器等熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了交流，介紹了微機械結構力學(xué)性能測試可采用的現場(chǎng)測試技術(shù)和片上系統;采用掃描白光干涉法測量微米結構的應力變化;智能傳感器及其接口的標準化工作設想等。

　　4、我國應重點(diǎn)關(guān)注的標準化工作

　　MEMS傳感器是目前市場(chǎng)應用較為成熟的MEMS器件，其中MEMS慣性傳感器、MEMS麥克風(fēng)幾乎已成為新型設備的標配，MEMS溫濕度傳感器、MEMS壓力傳感器等在移動(dòng)終端尤其是可穿戴設備上的應用近年來(lái)也迅速增長(cháng)。

　　由于近年來(lái)硬件創(chuàng )新市場(chǎng)逐漸轉移國內，中國市場(chǎng)對于MEMS傳感器的需求增速遠高于全球MEMS市場(chǎng)。MEMS傳感器當前主要應用領(lǐng)域集中在消費電子、汽車(chē)電子等領(lǐng)域，隨著(zhù)產(chǎn)品的不斷成熟，航空航天、醫療電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應用也逐漸普及。

　　目前，在MEMS領(lǐng)域，我國牽頭制定的IEC 62047-25：2016已經(jīng)發(fā)布，牽頭制定的三項MEMS國際標準經(jīng)過(guò)本次會(huì )議討論將進(jìn)入到CD階段，未來(lái)我國應繼續關(guān)注MEMS技術(shù)領(lǐng)域的設計、工藝、材料、產(chǎn)品性能測試等方面的標準化工作，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。