【国家标准(GB)】 硅片抗弯强度测试方法

中华人民共和国国家标准
硅片抗弯强度测试方法
Test method for measuring
flexure strength of silicon slices主题内容与适用范围
GB/T15615-1995
本标准规定了硅单晶切割片、研磨片和抛光片（简称硅片）的抗弯强度测试方法。本标准适用于晶向为<111>和<100的直拉、悬浮区熔硅单晶片的常温下抗弯强度的测量。硅厚度为250~900μm。
2引用标准
GB12964硅单晶抛光片
GB12965硅单晶切割片和研磨片
3术语
3.1抗弯强度flexure strength
试样破碎时的最大弯曲应力,对脆性材料通常是凸表面最大径向张应力，表征抗破碎的性能。3.2小挠度littledeflection
圆片受到中心载荷弯曲时，圆片中心面弯曲前后的最大位移与圆片厚度比为小量。4方法原理
本标准采用简支圆片集中载荷冲击法测硅片抗弯强度。用一钢球从1/4圆形轨道上滚下，冲击轨道末端垂直放置的硅圆片试样，不断升高钢球高度直到打碎硅片为止。根据由薄板理论及弹性力学理论推导出的公式(1)计算试样抗弯强度α。：a。= 9. 806 7X
式中：a.硅片抗弯强度测试值N/mm\p-钢球质量.kg;
A--一试样简支半径，mm;
B-—试样厚度,mm；
PH11/2
H-一打破试样时钢球下滚垂直高度，mm；-(Yln
.（1)
X(kg·mm-2)1/2,Y、Z：与硅材料弹性模量和泊松比有关的系数，对（111)硅单晶片，分别为182.0.621及1.146；对<100)硅单晶片，分别为207,0.621及1.146。公式（1)是在薄板小挠度情况下导出，即要求圆片破碎时的最人挠度与试样厚度比小丁1/5，因此，对不符合小挠度条件的测试结果要做出校正。国家技术监督局1995-07-12批准69.1
1996-02-01实施
GB/T15615-1995
由大量实验求出不同厚度及强度的硅片测试时的校正系数K（见附录A）,列出K与厚度B及强度。之间的关系（见表A1)。K的误差≤0.01。硅片的测试值。乘以相应的K就得到硅片的真实抗弯强度。，即：
硅片真实抗弯强度值，N/mm2；
式中：o—
K——校正系数；
g。—硅片强度测试值,N/mm
5装置与器具
5.1脆性材料抗弯强度测试仪（见图1）测试仪示意图
1-框架；2--抽板；3支板；4-样片；5-调高螺钉;6--滑轨：?钢球5.1.1支架：支撑1/4圆滑轨的四方框架。5.1.2滑轨：半径260mm，正面有凹槽，表面抛光并镀铬，侧面有垂直高度刻度，精确到1mm。5.1.3样片支板：供垂直放置圆片试样。5.1.4钢球托架：可在滑轨上移动、定在所需高度。5.1.5钢球：质量范围1~10g的轴承滚珠。5.2螺旋测微器：测量精度0.01mm。6试样制备
（2）
6.1硅片抗弯强度与硅片内在质量和表面损伤状况有关，一般力学参数都有一定的分散度，因此每组试样作研究时需10片左右，抽检时可按有关抽样标准或供需双方商定。6.2试样表面应符合GB12964或GB12965要求。6.3将试样用石腊：松香=2：1配成的粘合剂粘在玻璃板上，用直径40mm的割圆套头在台钻上割成直径40mm的圆片。割圆位置规定如下：直径小于80mm的硅片在同心圆位置；直径80tmm以上硅片在偏离主参考面45°位置割第一个圆。6.4试样用适当溶剂去腊，用洗涤剂清洗洁净，去离子水冲洗，烘干后放入下燥器中备用。695
7测量程序
7.1仪器校准
GB/T15615—1995
7.1.1调节轨道高度，使滚下的钢球正好打在试样中心。7.1.2螺旋测微器校准零。
7.2测量
7.2.1将试样放人样片支板。
7.2.2选用适当钢球，将钢球托架固定在某一高度，抽出挡板使钢球沿滑轨滚下，打在试样中心。以定间隔（一般为5mm）逐渐升高钢球高度，直至打破试样。7.3记录试样破碎后下列数据
7.3.1H：钢球滚下高度（以球心计）减1/2间隔值，读数精确到1mm。7.3.2B用螺旋测微器测量试样破碎处厚度B，精确到5×103mm，测两碎片取其平均值。7.3.3P：钢球质量，精确到1mg。7.3.4A：简支半径，精确到0.05mm。7.4影响测试的因素
7.4.1选用钢球偏大和起始下落高度偏高造成第一次冲击试样破碎，使结果不。试样在支板内未放稳会引起测试结果偏小。7.4.2
7.4.3试样厚度不均勾不影响测定结果；试样弯曲引起测量误差，弯曲10μm，引起误差0%～~1%。7.4.4
制样及操作过程造成试样表面损伤，试样或钢球表面有异物（如细小硅粒)会引起误差。8测量结果计算
8.1由公式(1)计算每个试样的测试值0c。8.2按测试值。及该试样厚度B在表A2中查出校正系数K，用公式（2)计算试样的抗弯强度α。8.3求一组试样抗弯强度平均值，为本组试样的抗弯强度。9精密度
本方法单个实验室测量精密度为士25%（R3S)，该精密度值是对8组不同试样测量得出的。10试验报告
10.1试验报告应包括以下内容：试样编号、牌号及生产单位；
试样直径、厚度及数量；
抗弯强度平均值：
本标准编号；
测量者；
测量日期。
GB/T 15615-1995
附录A
校正系数的求得方法
（补充件）
本方法所用抗弯强度计算公式是在假定小挠度条件下推导出来的。当硅片较薄，强度值较大时，试样破碎时挠度偏离了小挠度，通过实验求得校正系数，取各类单晶15段，每段分别间隔切成5种不同厚度硅片，按厚度分成5组，每组严格按规定的研磨或研磨加抛光条件进行表面加工，测定每组抗弯强度值，求其平均值作为该组测定值，该组平均厚度为B，表A1列出12\单晶各组的.及B值。表A1
c,N·mm\
将。与B绘制，得到-B曲线，如图A1，由图可见随B增大，0。下降并趋近常数α，α。为这段单晶的真实抗弯强度。令与曲线上不同厚度B时的之比%：二K，K就是这段单晶厚度为B、强度为。时的a
校正系数。图A1上同样可做出其他各段单晶的-B曲线，取B0.3时各条曲线上的。值与相应的K值绘制曲线，得到B=0.30mm时的K-。曲线（图A2)，同样可得出B0.35，0.40，*0.90mm时的K-o。曲线，从各曲线上读出K与B、a。关系列成表A2。50 × 9.8067
10×9.8067
30 ×9.8067H
图A112及其他单晶a-B关系图
GB/T 15615-1995
校正系数与B、o.关系
147.10196.13245.17294.20343.23392.27/441.30490.34539.37588.40637.44|686.47735.50784.54833.57882.60931.64080.670.900.820.75
0.690.660.650.64
0. 900. 83
0.730.700. 67
0. 730. 700. 68
0.840.780.740.71
0.920.840.7910.740.71
0. 920. 840. 790. 750. 72
10.93/0.85
0. 820. 780. 75
0. 870.820.78
3900.950.88
0. 950. 89 0. 84
0. 620. 620. 620. 61
0. 660. 65
0. 610. 610. 610. 61
0. 620. 620. 620. 62
0.62|o.62
10. 62 |0. 62
0. 620. 620. 620. 62
0. 620. 620. 62
0. 630. 630. 630. 630. 63
0. 63 1 0. 630. 630. 63
0. 630. 63
10. 640. 640. 63
10.650.64
0. 660. 650. 65
0.690.680.670.660.650.65
0. 690. 680. 670. 66
0.700. 690. 680. 67
0. 700. 690. 68
0.750.730.710.69
0.750.740. 72
0. 650.65
0.660.660.650.65
0. 680. 67
0.740.720.71
0. 810. 780. 76
0. 900. 860. 820. 79
0.980.910.860.820.790.77
0.750.730.720.70
0. 980. 91 0. 87 0. 830. 800. 77|0. 75|0. 74
10.990.91
4900. 990.92
0. 870. 83 0. 80
0. 840. 81
0. 670. 67
0. 680. 6810. 67 10. 67
0. 690. 680. 670. 67
0.730.720.700.690.680.68
0.63/0.63
GB/T15615-1995
续表A2
147.10196. 13245. 17294.20343. 23392. 27/411.30490.34539. 37588. 40637. 44j686.17735. 50784. 54833. 57882. 60|931. 61980. 570.850.810.790.77
1. 000. 92
1. 000. 92
1. 000. 93
0. 860.830. 80
1. 00 0. 94 1
1. 000. 94
0. 950. 91
1. 00 /0. 95 / 0. 91
0. 86 0. 84
0.750.730.720.71
0. 760. 74 |0. 73 0. 71
0.760.740.730.72
0.750.730.72
0. 75↓ 0. 74
0. 790. 770. 76
0. 790.780.760. 75
0. 800. 79
0. 860. 840. 82
0. 900.87免费标准bzxz.net
0.960.930.900.88
10. 930. 91
1. 000. 970. 94
1.000.970.9410.91
1. 000. 97 0. 94
1. 000.99
1. 00 1. 00
1. 001. 001. 00
0. 7110.69
0. 69 0. 68
0. 700. 690. 68
0. 700. 700. 69
0. 730. 72 10. 71
0.700.690.69
0.813 0. 80
0.7910.77
0. 730.72
0.750.740.73
0. 750.740.73
0. 760.750.73
0. 790. 780. 760. 75
10.870. 85
0. 92 /0. 910. 89
0. 990. 970. 960. 940. 93
附加说明：
20 × 9. 8067
GB/T15615—1995
413 × 9. 8067
60 × 9. 8167
80 × 9. 8067
101×9.8067
Ue,N.mm-!
B=0.3mm时,K-a。关系图
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