ICS31.080.99 CCS L 59 中华人民共和国国家标准 GB/T 42191—2023 MEMIS压阻式压力敏感器件性能试验方法 Test methods of the performances for MEMS piezoresistive pressure-sensitive device 2023-09-01实施 2023-05-23发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T 42191—2023 目 次 前言 范围 规范性引用文件 3 术语和定义 4试验条件及规定 4.1 大气条件 4.2 其他环境条件 4.3测试设备 试验项目及方法 5 试验项目 5.2 试验方法 GB/T42191—2023 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC336）提出并归口。 本文件起草单位：北京大学、中机生产力促进中心有限公司、北京智芯传感科技有限公司、昆山昆博 智能感知产业技术研究院有限公司、厦门光莆电子股份有限公司、江门市润宇传感器科技有限公司、宁 波志伦电子有限公司、广州奥松电子股份有限公司、华东光电集成器件研究所、深圳市美思先端电子有 限公司、南京高华科技股份有限公司、中国科学院微电子研究所、湖南国天电子科技有限公司、南京沃天 科技股份有限公司、广州广电计量检测股份有限公司、武汉飞恩微电子有限公司、深圳安培龙科技股份 有限公司、昆山传感器测控技术有限公司。 本文件主要起草人：张威、顾枫、李根梓、陈广忠、李宋、张亚婷、张良、陈立国、林瑞梅、李树成、茅曙、 张宾、王鹏、李晓波、许宙、王玮冰、陈路、高峰、明志茂、曹万、陈君杰、王冰。 GB/T42191—2023 MEMS压阻式压力敏感器件性能试验方法 1范围 本文件描述了MEMS压阻式压力敏感器件试验条件和试验方法。 本文件适用于MEMS压阻式压力敏感器件。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T2423.1一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温 GB/T2423.2一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温 GB/T2423.5环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击 GB/T 2423.22 环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化 GB/T 4937.12 半导体器件机械和气候试验方法第12部分：扫频振动 GB/T26111 微机电系统（MEMS)技术术语 GB/T33922MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法 3 术语和定义 GB/T26111,GB/T33922界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 MEMS压阻式压力敏感器件 MEMS piezoresistive pressure-sensitive device MEMS压阻式压力敏感芯片进行封装后的器件。 4试验条件及规定 4.1大气条件 除另有规定外，所有试验都应在下述大气条件下进行。 标准大气条件： a)1 温度:15℃～35℃； 一相对湿度：20%~80%； 大气压力：86kPa~106kPa。 b）标准参比大气条件： 温度：20℃； 一相对湿度：65%； 大气压力：101.3kPa。 注：本文件参比大气条件是其他任何大气条件下测得的值通过计算加以修正的大气条件。通常在多数情况下，不 1 GB/T421912023 可能有湿度修正因子。在这种情况下，本文件参比大气仅考虑温度和压力。 4.2 2其他环境条件 除上述大气条件外，还应在下述环境条件下进行： a）磁场：试验场地除地磁场外，无其他外界磁场； b）机械振动：试验场地无机械振动。 3测试设备 4.3 MEMS压阻式压力敏感器件（以下简称压力敏感器件）的测试系统包括：压力标准器、高低温试验 箱、激励电源和读数记录装置。所有设备均应在计量检定有效期内且符合下列要求。 a）压力标准器基本误差应小于压力敏感器件基本误差的1/3。对于准确度等级高于0.05级（含 0.05级）的压力敏感器件，压力标准器基本误差应不超过压力敏感器件基本误差的1/2。 b)7 高低温试验箱（温度影响试验）的温度偏差应不超过士2℃，温度波动度为士0.5℃，温度均匀 度为2℃。 c) 激励电源的稳定度应小于压力敏感器件基本误差的1/5。 (P 读数记录装置基本误差应小于压力敏感器件基本误差的1/5。 5 试验项目及方法 5.1 试验项目 试验项目包括： a） 电气性能试验； b) 静态性能试验； c) 稳定性试验； d) 温度影响试验； e) 静压影响试验； 动态性能试验； g) 环境性能试验； h) 寿命试验。 5.2 试验方法 5.2.1 电气性能试验 5.2.1.1 输入阻抗 在压力敏感器件输出端开路的情况下，用数字万用表或其他测量设备测量其输入端的阻抗。 5.2.1.2 输出阻抗 将压力敏感器件的输人端短路，用数字万用表或其他测量设备测量其输出端的阻抗。 5.2.2静态性能试验 5.2.2.1试验步骤 压力敏感器件与相关设备的连接见图1。试验前应对压力敏感器件加压至测量范围上限值并恒压 2 GB/T42191—2023 不小于1min，然后减压至测量范围下限值，应反复进行3次循环。 商低温试验箱 激励电源 压力敏感器件 读数记录装置 压力标准器 图1测试系统框图 压力敏感器件在全量程范围内的试验点应不少于6个，含零点和满量程点。试验从测量范围下限 开始，按规定的等步进间隔试验点依次平稳地加负荷，直到测量范围上限（称正行程）。每个试验点示值 稳定时，读取压力敏感器件的输出值。按规定的试验点依次平稳地减负荷，每个试验点示值稳定时读取 压力敏感器件输出值，直到测量范围下限（称反行程）。差压压力敏感器件低压端通大气进行测量。 设在压力敏感器件的整个测量范围内有m个试验点，进行n次压力循环试验，则在任一试验点上 分别有n个正行程和n个反行程测试数据。计算每个试验点上正、反行程测试数据的平均值和总的平 均值： 正行程平均值（Yu）按公式（1）计算： Yu. 反行程平均值（YD）按公式（2）计算： Yp. (2 ) 总平均值（Y）按公式（3)计算： 1 Y (Yu, +YD,) (3) 式中： Yu.——正行程第i个试验点第j次的输出值（i=1,2,3，.,m;j=1,2,3，….,n）； Yp. 反行程第i个试验点第j次的输出值（i=1,2,3，,m；j=1,2,3，…,n）； 重复试验次数。 压力敏感器件理论工作直线方程的一般形式见公式（4）： Y=a+bx (4) 用最小二乘法分别按公式（5）和公式（6）拟合出截距（a）和斜率（b）（即灵敏度）： 5） m> x, y (6) 式中： X, 第i个试验点的压力值（i=1,2，3，，m）； 第i个试验点正、反行程的输出总平均值； 3 GB/T42191—2023 m 试验点个数。 5.2.2.2 常压输出 压力敏感器件测试腔连通大气，测试其常压输出，并按公式（7)修正到标准参比大气压（101.3kPa) 的常压输出。 Yc=Y+b(Pc-X) ....(7) 式中： Ye- 修正到101.3kPa时的常压输出； Y 实际测试压力敏感器件的常压输出： P. 标准参比大气压（式中Pc=101.3kPa）； X 实际测试时大气压。 5.2.2.3 零点输出 对于绝压压力敏感器件，输入小于或等于10Pa的压力，测量压力敏感器件的零点输出；对于表压 或差压压力敏感器件，宜在高压端和低压端同时通大气时测量其零点输出。 5.2.2.4输出对称性 在差压压力敏感器件的高压端和低压端分别测试满量程输出，高压端通大气，测量低压端满量程输 出；然后低压端通大气，测量高压端满量程输出。按照公式（8）计算输出对称性。 Yrs (h)-Yrs (1) P&= X 100% Yps(h) 式中： Pd 输出对称性； Yrs(h) 高压端满量程输出值； Yes (l) 低压端满量程输出值。 5.2.2.5 满量程输出 满量程输出值（Yrs）为压力敏感器件测量范围上限输出值（6×X）与测量范围下限输出值（b× X.）之差的绝对值（以理论工作直线的计算值为依据），按公式（9）计算。 YPs=|6×XH-6×XLI ....(9) 式中： b 理论工作直线的斜率； XH 测量范围上限的压力值； XL 测量范围下限的压力值。 5.2.2.6 灵敏度 理论工作直线的斜率（6）即为灵敏度，按公式（6)计算。 5.2.2.7 非线性 非线性度（）为测量曲线与理论工作直线偏离的程度，按公式（10）计算。 .(10) Yrs 4