DB32T 4894-2024微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法

ICS31.080CCSL40江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T4894—2024微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法Testmethodforperformanceofmicro?electromechanicalsystemssemiconductorgassensor2024-11-07發(fā)布2024-12-07實(shí)施江蘇省市場監(jiān)督管理局發(fā)發(fā)出布版ⅠDB32/T4894—2024前言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14試驗(yàn)條件 15檢測方法 26檢測報(bào)告 5附錄A（資料性）測試箱裝置介紹與氣體配制方法 6參考文獻(xiàn) 8ⅢDB32/T4894—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由江蘇省納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出、歸口并組織實(shí)施。本文件起草單位：蘇州市計(jì)量測試院、蘇州慧聞納米科技有限公司。1DB32/T4894—2024微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測方法本文件規(guī)定了微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器性能檢測的試驗(yàn)條件、檢測方法及檢測報(bào)告。本文件適用于微機(jī)電系統(tǒng)半導(dǎo)體氣體傳感器的性能檢測。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1微機(jī)電系統(tǒng)micro?electromechanicalsystems；MEMS基于微納制造技術(shù)制備的功能結(jié)構(gòu)、器件構(gòu)成的系統(tǒng)。[來源：GB/T26111—2023，3.1.1]3.2半導(dǎo)體氣體傳感器semiconductorgastransducer/sensor利用半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率變化，將感受的氣體轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。注：包括表面電導(dǎo)式傳感器和體電導(dǎo)式傳感器。[來源：GB/T7665—2005，3.3.1.1，有修改]3.3傳感器檢測裝置sensortestmodule用于將傳感器特性轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的測試裝置。[來源：GB/T34004—2017，3.5]4試驗(yàn)條件4.1環(huán)境條件實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境條件應(yīng)符合以下要求：a）環(huán)境溫度：15℃~35℃,試驗(yàn)過程中溫度波動(dòng)不應(yīng)超過±2℃;b）相對濕度：25%~80%，試驗(yàn)過程中相對濕度波動(dòng)不應(yīng)超過±5%；c）大氣壓力：86kPa~116kPa。4.2試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合以下要求：2DB32/T4894—2024a）秒表：分度值不大于0.1s；b）功率計(jì)：功率0W~10W，分辨力0.1mW，最大允許誤差：±10%；c）電壓表：直流電壓0V~50V，準(zhǔn)確度級(jí)別優(yōu)于1.0級(jí)；d）測試箱：測試箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣體配制方法參照附錄A。4.3樣品準(zhǔn)備4.3.1試驗(yàn)前通過目視、拍照等方法檢查傳感器表面，應(yīng)無腐蝕、起泡現(xiàn)象，無明顯劃傷、裂痕、毛刺等機(jī)械損傷。4.3.2試驗(yàn)前待試驗(yàn)的樣品應(yīng)在4.1規(guī)定的環(huán)境條件下通電預(yù)熱后方可進(jìn)行檢測，預(yù)熱時(shí)間以產(chǎn)品使用說明書為準(zhǔn)。4.3.3傳感器送檢時(shí)同時(shí)提供檢測裝置，在測試傳感器信號(hào)輸出時(shí)把傳感器安裝在該裝置上進(jìn)行試驗(yàn)。4.3.4樣品檢測項(xiàng)目與樣品編號(hào)對應(yīng)表見表1。完成全部檢測項(xiàng)目需要的樣品數(shù)量為8只，試驗(yàn)前應(yīng)對樣品予以編號(hào)。具體樣品數(shù)量根據(jù)檢測項(xiàng)目與客戶協(xié)商確定。表1檢測項(xiàng)目與樣品編號(hào)對應(yīng)表序號(hào)章條編號(hào)檢測項(xiàng)目傳感器編號(hào)123456781功率√√ 2傳感器最低檢測濃度√√√√√√√√3傳感器靈敏度√√√√√√√√4傳感器檢測誤差√√√√√√√√5響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間√√√√√√√√6漂移√√——————7抗干擾氣體性能——√√————8抗硅中毒性能——√√————9耐高溫性能————√√——105.10耐低溫性能————√√——115.11耐恒定濕熱性能————√√——125.12耐振動(dòng)性能 √√135.13耐跌落性能——————√√145.14長期穩(wěn)定性√√——————5檢測方法5.1功率在潔凈空氣中，將傳感器從檢測裝置上取下，只將檢測裝置連接到功率計(jì)上，給檢測裝置施加傳感器額定工作電壓，待功率計(jì)顯示的功率值穩(wěn)定后，讀取檢測裝置的功率值W0。將傳感器安裝在檢測裝置上，再將檢測裝置連接到功率計(jì)上，給檢測裝置施加傳感器額定工作電壓，待功率計(jì)顯示的功率值穩(wěn)定后，讀取功率值W0C，按式（1）計(jì)算傳感器的功率WC。3DB32/T4894—2024WC=W0C-W0…………（1）式中：WC——待測傳感器的功率；W0C——傳感器和檢測裝置的功率；W0——檢測裝置的功率。5.2傳感器最低檢測濃度將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，記錄檢測裝置在潔凈空氣中的輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使測試箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)檢測下限濃度，并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值Vs，并每隔5s讀取一次輸出信號(hào)值Vsi，共讀取10次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差Vr。逐漸增加測試箱內(nèi)的氣體濃度，直至︱Vs-V0︱≥3Vr，此時(shí)測試箱內(nèi)的氣體濃度即為傳感器最低檢測濃度。注：試驗(yàn)氣體需與傳感器檢測氣體一致，氣體種類包括但不限于甲烷、一氧化碳、硫化氫、氮氧化物等無機(jī)氣體，以及烴類、醇、醚、酯、酸等揮發(fā)性有機(jī)氣體。若為揮發(fā)性有機(jī)氣體，可注入對應(yīng)液體。5.3傳感器靈敏度將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，記錄檢測裝置在潔凈空氣中的零點(diǎn)輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使測試箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)測量范圍上限值的50%（氣體濃度可根據(jù)用戶或制造商要求，選擇傳感器測量范圍內(nèi)的1個(gè)或多個(gè)典型濃度并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值Vs。按公式（2）計(jì)算傳感器的靈敏度M。此靈敏度作為后續(xù)試驗(yàn)的基準(zhǔn)（未做特殊說明時(shí)，后續(xù)試驗(yàn)中的靈敏度直接引用本數(shù)據(jù)）?！?）式中：M——傳感器靈敏度；Vs——試驗(yàn)氣體測試時(shí)檢測裝置輸出信號(hào)值；V0——零點(diǎn)輸出信號(hào)值；C——試驗(yàn)氣體的濃度。5.4傳感器示值誤差將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，記錄檢測裝置在潔凈空氣中的零點(diǎn)輸出信號(hào)值V0，注入試驗(yàn)氣體，使測試箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到規(guī)定濃度并開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值Vs。通過輸出信號(hào)值與傳感器響應(yīng)曲線上的對應(yīng)值，計(jì)算傳感器示值誤差。注：規(guī)定濃度為傳感器響應(yīng)曲線上均勻分布的兩點(diǎn)及以上，傳感器響應(yīng)曲線由傳感器制造商提供。5.5響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間將傳感器及其檢測裝置放置于潔凈空氣中，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值V0，通入傳感器標(biāo)識(shí)測量范圍上限50%的試驗(yàn)氣體，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值Vs。計(jì)算VT90=V0+0.9×（Vs-V0）和VT10=V0+0.1×（Vs-V0）。將傳感器及其檢測裝置放置在潔凈空氣中，待穩(wěn)定后，重新迅速通入上述試驗(yàn)氣體并開始計(jì)時(shí)，記錄檢測裝置輸出信號(hào)值達(dá)到VT90的時(shí)間，該時(shí)間段為響應(yīng)時(shí)間（T90與響應(yīng)時(shí)間測試方法相同，待傳感器在試驗(yàn)氣體濃度下達(dá)到穩(wěn)定值后，將傳感器及其檢測裝置迅速放置于潔凈空氣中并開始計(jì)時(shí)，記錄檢測裝置輸出信號(hào)值達(dá)到VT10的時(shí)間，該時(shí)間段為恢復(fù)時(shí)間（T10）。注：對于有曲線輸出的傳感器檢測裝置，也可直接讀取輸出曲線上信號(hào)值從開始上升到VT90的時(shí)間即為響應(yīng)時(shí)間，從開始下降到VT10的時(shí)間即為恢復(fù)時(shí)間。4DB32/T4894—20245.6漂移將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，記錄零點(diǎn)輸出信號(hào)值Z0，向測試箱中注入試驗(yàn)氣體，使箱內(nèi)的氣體濃度達(dá)到傳感器標(biāo)識(shí)測量范圍上限值的50%，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值S0。打開測試箱門，排空箱內(nèi)氣體。每隔24h重復(fù)注樣、記錄Zi和Si、排空步驟，共檢測7d。按式（3）計(jì)算零點(diǎn)漂移，取絕對值最大的Δz作為傳感器的零點(diǎn)漂移?！?）按式（4）計(jì)算靈敏度漂移，取絕對值最大的Δs作為傳感器的靈敏度漂移?！?00%…………（4）式中：Δz——零點(diǎn)漂移；Zi——第i次零點(diǎn)輸出信號(hào)值；Z0——初次零點(diǎn)輸出信號(hào)值；M——傳感器靈敏度；Δs——靈敏度漂移；i——第i次試驗(yàn)氣體測試時(shí)檢測裝置輸出信號(hào)值；S0——初次試驗(yàn)氣體測試時(shí)檢測裝置輸出信號(hào)值。5.7抗干擾氣體性能按照5.3方法測試，記錄檢測裝置在潔凈空氣中的輸出信號(hào)值V0和試驗(yàn)氣體中的輸出信號(hào)值Vs。將測試箱內(nèi)試驗(yàn)氣體排凈，使傳感器在潔凈空氣中穩(wěn)定，然后向測試箱中注入干擾氣體R，待箱內(nèi)氣體濃度穩(wěn)定時(shí)開始計(jì)時(shí)，保持3min，記錄傳感器檢測裝置輸出信號(hào)值VR。按式（5）計(jì)算干擾影響因子X。測試完成后在潔凈空氣中恢復(fù)1h后再進(jìn)行下一個(gè)干擾氣體測試。…………（5）式中：X——干擾影響因子；V0——潔凈空氣中檢測裝置輸出信號(hào)值；Vs——試驗(yàn)氣體測試時(shí)檢測裝置輸出信號(hào)值；VR——干擾氣體測試時(shí)檢測裝置輸出信號(hào)值；注：干擾氣體的種類及濃度根據(jù)用戶要求或雙方協(xié)議制定。5.8抗硅中毒性能將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，向測試箱中注入六甲基二硅醚，使測試箱內(nèi)濃度達(dá)到（10±3）×10-6（體積分?jǐn)?shù)保持1h，然后將測試箱內(nèi)氣體排凈，在潔凈空氣之中保持1h后，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.9耐高溫性能將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，再將測試箱放入環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，打開測試箱門，按小于1℃/min的升溫速率升溫至規(guī)定溫度，穩(wěn)定2h，關(guān)閉測試箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。注：規(guī)定溫度指產(chǎn)品使用說明書中傳感器的工作溫度上限，若無要求則工業(yè)品采用55℃±2℃,民用品采用40℃±2℃。5DB32/T4894—20245.10耐低溫性能將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，再將測試箱放入環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，打開測試箱門，按小于1℃/min的降溫速率降溫至規(guī)定溫度，穩(wěn)定2h，關(guān)閉測試箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。注：規(guī)定溫度指產(chǎn)品使用說明書中傳感器的工作溫度下限，若無要求則工業(yè)品采用-10℃±2℃,民用品采用0℃±2℃。5.11耐恒定濕熱性能將傳感器及其檢測裝置放置于測試箱中，再將測試箱放入環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，打開測試箱門，按小于1℃/min的升溫速率升溫至40℃±2℃,再以小于5%/min的速率將環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)的相對濕度增至（93±3）%，穩(wěn)定2h，關(guān)閉測試箱門，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.12耐振動(dòng)性能將傳感器固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上。啟動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，使其在10Hz~150Hz頻率范圍內(nèi)，以5m/s2加速度，1oct/min的速率，分別在X、Y、Z三個(gè)軸線上各掃頻10次。試驗(yàn)后，檢查傳感器外觀。然后將傳感器安裝在檢測裝置上，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.13耐跌落性能將非包裝狀態(tài)的傳感器從250mm的高度自由跌落到平滑、堅(jiān)硬的混凝土地上，反復(fù)操作5次。試驗(yàn)后，將傳感器安裝在檢測裝置上，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。5.14長期穩(wěn)定性將傳感器及其檢測裝置在潔凈空氣中連續(xù)通電3個(gè)月（測試時(shí)間可根據(jù)用戶或制造商要求）后，按5.3進(jìn)行試驗(yàn)。6檢測報(bào)告檢測報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括但不限于：a）樣品的描述，包括樣品名稱、型號(hào)、生產(chǎn)企業(yè)名稱、生產(chǎn)日期等；b）檢測標(biāo)準(zhǔn)；c）檢測機(jī)構(gòu)的名稱、地址和檢測日期；d）檢測地點(diǎn)；e）檢測人員；f）委托方信息；g）所用檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的描述，包括設(shè)備的序列號(hào)、測量范圍、校準(zhǔn)信息；h）檢測結(jié)果及檢測照片（需要時(shí)i）試驗(yàn)環(huán)境描述，包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和測試箱環(huán)境（需要時(shí)）等。6DB32/T4894—2024（資料性）測試箱裝置介紹與氣體配制方法A.1測試箱裝置測試箱體積應(yīng)大于被檢樣品體積的3倍，箱體頂部應(yīng)有氣體進(jìn)樣口A，用于靜態(tài)配氣高濃度氣體輸入，頂部應(yīng)有液體進(jìn)樣口B，用于注樣器注入液態(tài)配氣所需液體，進(jìn)樣口正下方安置液體汽化加熱片C，注樣前開啟加熱片電源，注樣后3min關(guān)閉加熱片電源，加熱片溫度應(yīng)能使注樣液體汽化。箱體內(nèi)部應(yīng)有溫濕度傳感器D和壓力傳感器E，內(nèi)置風(fēng)機(jī)F可用于箱內(nèi)氣體混勻。測試箱示意圖見圖A.1。外置氣體分析儀H，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測箱內(nèi)氣體濃度。圖A.1測試箱示意圖A.2氣體配制方法靜態(tài)配氣通過向測試箱內(nèi)注入高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體，并對箱內(nèi)氣體濃度實(shí)時(shí)在線分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配氣，也可采用液態(tài)揮發(fā)法產(chǎn)生乙醇、乙酸等有機(jī)蒸汽。根據(jù)氣體物質(zhì)的量守恒定律，在相同溫濕度、壓力環(huán)境下，按照式（A.1）得到所需高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體體積。用氣體采樣器抽取高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體，注入測試箱內(nèi)，同時(shí)可采用氣體分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)控箱內(nèi)氣體濃度，通過分析儀對箱內(nèi)氣體的驗(yàn)證，提高靜態(tài)配氣的可靠性?！ˋ.1）式中：V1——所需高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體體積，單位為毫升（mLV2——測試箱體積，單位為毫升（mLC2——目標(biāo)氣體濃度，單位為微摩爾每摩爾(μmol/molC1——高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣