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團體標(biāo)準(zhǔn)

T/CAMSXXXXX—XXXX

微機電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定

性快速評價方法

StabilityRapidEvaluationMethodOfMEMSSemiconductorGasSensors

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會發(fā)布

T/CAMSXXXXX—XXXX

微機電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了微機電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法的試驗要求、試驗條件、試

驗步驟、試驗結(jié)果分析等內(nèi)容。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7665-2005傳感器通用術(shù)語

GB/T4475-1995敏感元器件術(shù)語

GB/T26111-2023微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)術(shù)語

GB/T15652-1995金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件總規(guī)范

GB/T15653-1996金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件測試方法

SJ20079金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件試驗方法

QJ908B-2012電子產(chǎn)品老煉試驗方法

GB/T1772-1979電子元器件失效率試驗方法

3術(shù)語和定義

GB/T7665-2005、GB/T4475-1995、GB/T26111-2023、GB/T15652-1995界定的以及下列術(shù)語和定

義適用于本文件。

微機電系統(tǒng)(MEMS)micro-electromechanicalsystem

關(guān)鍵（部件）特征尺寸在亞微米至亞毫米之間，能獨立完成機電光等功能的系統(tǒng)。

氣敏元件gassensor

電參數(shù)隨環(huán)境氣體種類或濃度變化而變化的敏感元器件。

半導(dǎo)體氣敏元件semiconductorgassensor

用半導(dǎo)體材料制成的氣敏元件。

穩(wěn)定性stability

在所有其他條件都相同時，敏感元件保持其性能特征隨時間變化而恒定的能力。

4試驗要求

試驗原理

穩(wěn)定性測試的實質(zhì)是考察氣敏元件基線電阻與敏感性的變化情況。對于基線電阻，實際使用中對其

影響最大的因素就是熱沖擊。常規(guī)氣敏元件穩(wěn)定性測試試驗需要較長的通電時間。較高的工作溫度和頻

繁的溫度驟變有利于加快氣敏材料的穩(wěn)定性測試。

試驗類型

3

T/CAMSXXXXX—XXXX

電壓過載試驗：通過調(diào)節(jié)輸入更高的電壓，使氣敏元件的工作溫度處于較高水平，模擬長期使用，

實現(xiàn)加速。

脈沖電壓試驗：通過調(diào)節(jié)輸入電壓的循環(huán)頻率，使氣敏元件溫度不斷高低交替變化，模擬長期使用，

實現(xiàn)加速。

試驗項目的選取

產(chǎn)品開展試驗前，應(yīng)根據(jù)其使用環(huán)境、檢測氣體、氣敏材料類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、壽命等特點和型號要

求制定對應(yīng)的試驗方法大綱，可選取4.2中的一種或兩種試驗類型組合開展試驗。

受試產(chǎn)品

受試產(chǎn)品要求如下：

a)原則上受試產(chǎn)品出廠前，均應(yīng)開展老化試驗；

b)進行穩(wěn)定性測試試驗的產(chǎn)品，應(yīng)為測試合格的產(chǎn)品；

5試驗條件

基本條件

5.1.1試驗環(huán)境條件

無特殊條件規(guī)定，氣體傳感器穩(wěn)定性評價試驗應(yīng)在GB2421規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進行。清潔空氣

的要求應(yīng)按符合GB3095中規(guī)定的2級環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)。并符合以下條件：

a)溫度：15~35℃；

b)相對濕度：45%~75%；

c)氣壓：86~106kPa；

環(huán)境條件容許誤差：

a)環(huán)境濕度：在試驗過程中，環(huán)境溫度變化不應(yīng)超過±2℃；

b)相對濕度：在試驗過程中，相對濕度變化不應(yīng)超過±5℃；

c)氣壓：在試驗過程中，大氣壓力變化不應(yīng)超過±5%。

5.1.2試驗用氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，不確定度應(yīng)不大于2%。

采用特征氣體標(biāo)準(zhǔn)氣樣檢測時，其濃度誤差應(yīng)符合表1的規(guī)定

表1濃度容許誤差

標(biāo)準(zhǔn)氣樣濃度（1×10-6）容許誤差%

≤100±20

100-1000±10

1000-5000±5

＞5000±5

5.1.3試驗設(shè)備

a)用于測試受試產(chǎn)品的專用測試儀器應(yīng)是計量部門檢定合格的產(chǎn)品，并在有效使用期內(nèi)；

b)用于試驗的通用設(shè)備，如：電源、測試儀器儀表等應(yīng)符合技術(shù)文件要求，應(yīng)有計量部門檢定的

合格標(biāo)識，并在有效期內(nèi)；

c)用于穩(wěn)定性測試試驗的試驗箱、配氣系統(tǒng)等專用裝置，應(yīng)滿足試驗大綱中規(guī)定的技術(shù)需求。

6試驗文件

試驗文件依據(jù)產(chǎn)品技術(shù)條件或試驗大綱要求，一般包括以下內(nèi)容：

4

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a)受試產(chǎn)品、測試設(shè)備、測試儀器、儀表及測試軟件要求；

b)試驗線路連接框圖；

c)試驗條件參數(shù)；

d)試驗檢測項目、參數(shù)、數(shù)據(jù)采集格式及記錄要求；

e)試驗程序；

f)試驗注意事項；

g)試驗數(shù)據(jù)處理及評定要求；

h)試驗結(jié)果分析。

7試驗方法

試驗準(zhǔn)備

試驗開始前，應(yīng)開展如下試驗準(zhǔn)備：

a)檢查試驗文件、受試產(chǎn)品、試驗設(shè)備、測試儀器、試驗環(huán)境等均應(yīng)符合要求。

b)按照受試產(chǎn)品技術(shù)文件要求，開展產(chǎn)品性能測試，產(chǎn)品性能正常。

c)專用測試設(shè)備、通用測試儀器通電自檢正常后斷電。

電壓過載試驗

7.2.1試驗參數(shù)

對電壓過載試驗而言，影響試驗效果的主要參數(shù)有：

a)電壓載荷

電壓載荷值主要影響受試產(chǎn)品的工作溫度。電壓載荷過載范圍應(yīng)使受試產(chǎn)品工作溫度提高，同時不

使受試產(chǎn)品失效。電壓載荷的建議值為：比常規(guī)穩(wěn)定性測試試驗時電壓高10%~20%。

b）載荷時間

施加過載電壓時保持的時間。加載時間應(yīng)持續(xù)直至受試產(chǎn)品達(dá)到常規(guī)試驗后規(guī)定的波動偏差范圍

為止。

電壓過載試驗加載曲線如圖1所示。

電壓

V高壓電壓過載試驗

V常規(guī)常規(guī)試驗

時間

圖1電壓過載試驗加載曲線

7.2.2試驗步驟

電壓過載試驗的試驗步驟如下所述：

a)將受試產(chǎn)品放置在氣敏測試腔室內(nèi)，連接電壓過載試驗裝置與氣敏測試系統(tǒng)并調(diào)試成功；

b)在規(guī)定的使用環(huán)境下，氣敏測試腔室內(nèi)通入潔凈空氣，接通電源并給受試產(chǎn)品施加額定加熱電

壓，進行受試產(chǎn)品的預(yù)熱穩(wěn)定，時間不少于48小時；

c)設(shè)置試驗參數(shù)（電壓載荷，載荷時間），進行電壓過載試驗，實時記錄受試產(chǎn)品的性能參數(shù)，

并換算成穩(wěn)定性波動偏差范圍；

5

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d)受試產(chǎn)品穩(wěn)定性達(dá)到常規(guī)試驗后的波動偏差范圍內(nèi)時試驗結(jié)束，按產(chǎn)品技術(shù)文件要求全面檢

測受試產(chǎn)品的性能參數(shù)。

脈沖電壓試驗

7.3.1試驗參數(shù)

對脈沖電壓試驗而言，影響試驗效果的主要參數(shù)有：

a)電壓載荷

脈沖電壓載荷按照高電壓、低電壓不斷循環(huán)的方式施加。高電壓可采用與常規(guī)試驗相同電壓，低電

壓亦可采用斷電的方式。

b）載荷時間

單次脈沖施加電壓載荷時保持的時間。載荷時間需要根據(jù)試驗和仿真，得出受試產(chǎn)品達(dá)到常規(guī)穩(wěn)定

試驗相同穩(wěn)定狀態(tài)所需的最短反應(yīng)時間。

c)加載次數(shù)

施加脈沖電壓循環(huán)的次數(shù)。加載次數(shù)應(yīng)持續(xù)直至受試產(chǎn)品穩(wěn)定性達(dá)到常規(guī)試驗后規(guī)定的波動偏差

范圍為止。

脈沖電壓試驗加載曲線如圖2所示。

電壓

t1t1

V高壓t1

...

V低壓

t2t2t2

時間

圖2脈沖電壓試驗加載曲線

7.3.2試驗步驟

脈沖電壓試驗的試驗步驟如下所述：

a)將受試產(chǎn)品放置在氣敏測試腔室內(nèi)，連接脈沖電壓試驗裝置與氣敏測試系統(tǒng)并調(diào)試成功；

b)在規(guī)定的使用環(huán)境下，氣敏測試腔室內(nèi)通入潔凈空氣，接通電源并給受試產(chǎn)品施加額定加熱電

壓，進行受試產(chǎn)品的預(yù)熱穩(wěn)定，時間不少于48小時

c)設(shè)置試驗參數(shù)（電壓載荷、載荷時間、加載次數(shù)），進行脈沖電壓試驗，并實時記錄受試產(chǎn)品

的性能參數(shù)，并換算成穩(wěn)定性波動偏差范圍；

d)受試產(chǎn)品穩(wěn)定性達(dá)到常規(guī)試驗后的波動偏差范圍內(nèi)時試驗結(jié)束，按產(chǎn)品技術(shù)文件要求全面檢

測受試產(chǎn)品的性能參數(shù)。

8數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)束后，應(yīng)整理試驗數(shù)據(jù)，并將試驗結(jié)果歸檔。

結(jié)果分析

經(jīng)過試驗后的受試產(chǎn)品，應(yīng)與常規(guī)穩(wěn)定性測試試驗數(shù)據(jù)比對，分析受試產(chǎn)品的穩(wěn)定性快速評價所需

時間和常規(guī)試驗所需時間的關(guān)系，獲得穩(wěn)定性快速評價的試驗參數(shù)和對應(yīng)的快速評價時間。

6

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8.2.1穩(wěn)定性評價

氣敏元件穩(wěn)定性的好壞可以用相對波動偏差來描述

∑?(?)2

√?=1????

??=??1×100%

???

式中：

?——穩(wěn)定性檢定期間內(nèi)氣敏元件測量點的個數(shù)；

??——穩(wěn)定性檢定期間內(nèi)氣敏元件第i次測量的結(jié)果；

??——穩(wěn)定性檢定期間內(nèi)氣敏元件n次測量的結(jié)果的平均值。

8.2.2穩(wěn)定性快速評價

MEMS半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法系統(tǒng)流程示意圖如圖3所示。

圖3MEMS半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價系統(tǒng)流程圖

7

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參考文獻

[1]劉璽,楊楠,孫延玉等.催化燃燒式氣體傳感器加速穩(wěn)定方法研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2021,40(04):52-54+58.

DOI:10.13873/J.1000-9787(2021)04-0052-03.

[2]胡恩平,羅興柏.氣體傳感器加速壽命試驗方法研究[J].傳感器世界,2000(07):10-13.

DOI:10.16204/ki.sw.2000.07.003.

[3]魏廣芬,唐禎安,陳正豪等.微氣體傳感器的穩(wěn)定性測試研究[J].中國機械工程,2005(14):1247-1250.

1

團體標(biāo)準(zhǔn)《微機電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定

性快速評價方法》（征求意見稿）編制說明

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

本項目根據(jù)2023年10月27日中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會下發(fā)的“關(guān)于印發(fā)2023

年第六批團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃的通知”（中機標(biāo)字[2023]33號）的文件制定，計劃編號

CAMS2023035，標(biāo)準(zhǔn)項目名稱：微機電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價

方法，標(biāo)準(zhǔn)起草牽頭單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所，標(biāo)準(zhǔn)制定周期12個

月。

2、主要工作過程

起草（草案、調(diào)研）階段：氣敏元件是識別氣體種類和濃度的敏感元器件，其中微機

電系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件由于具有低成本、低功耗、高靈敏度、快速響應(yīng)等特點

受到廣泛應(yīng)用。氣敏元件的穩(wěn)定性是指氣敏元件使用一段時間后，其性能保持不變化的能

力。影響氣敏元件長期穩(wěn)定性的因素復(fù)雜，既包括氣敏元件本身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，也包括

氣敏元件抵抗外界變化的穩(wěn)定性。由于氣敏元件在工作過程中，敏感材料長期處于較高溫

度工作環(huán)境中，當(dāng)目標(biāo)氣體在敏感材料表面發(fā)生燃燒反應(yīng)時，短時間內(nèi)要放出大量的熱

量，使材料溫度迅速升高，這些迅速增加的熱量使得敏感材料相當(dāng)于再次處于燒結(jié)環(huán)境

中，必然會造成材料粒徑的團聚和生長，從而使其靈敏度變化。當(dāng)前常規(guī)穩(wěn)定性測試需要

連續(xù)監(jiān)測氣敏元件數(shù)月甚至更長時間，以確保獲得可靠的數(shù)據(jù)。較高的工作溫度和頻繁的

溫度驟變有利于加快氣敏材料的穩(wěn)定性測試，據(jù)此原理，通過分析過載和循環(huán)兩種不同熱

誘導(dǎo)方式對氣敏元件穩(wěn)定性變化的加速作用機理，可為氣敏元件研制企業(yè)提供最優(yōu)的穩(wěn)

定性試驗方案。因此亟需建立一種氣敏元件的穩(wěn)定性快速試驗方法，形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

范，實現(xiàn)縮短對氣敏元件穩(wěn)定性評價時間的目的。但目前尚無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對其試驗方法進

行規(guī)范。根據(jù)MEMS半導(dǎo)體氣敏元件應(yīng)用現(xiàn)狀，為引導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)，促進關(guān)行業(yè)的健康發(fā)

展，中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會提出制定團體標(biāo)準(zhǔn)的建議，成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，起

草單位包括：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、蘇州慧聞納米科技有限公司、中國

科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、中國電

子科技集團公司第四十九研究所。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組經(jīng)過研究，確定了工作方案，提出了進

-1-

度安排。工作組經(jīng)過對市場上現(xiàn)有試驗方法情況等的調(diào)研分析，在對資料收集和對比分析

研究基礎(chǔ)上、參考其他MEMS金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件試驗方法資料，通過全面地總

結(jié)和歸納，確立了該標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則和標(biāo)準(zhǔn)的框架，在此基礎(chǔ)上編制了《微機電系統(tǒng)

（MEMS）半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法》標(biāo)準(zhǔn)工作組討論初稿。

3、主要參加單位

本標(biāo)準(zhǔn)由中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會儀器儀表及自動化專業(yè)委員會歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、蘇州慧聞納米科技有限公

司、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、

中國電子科技集團公司第四十九研究所

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容的確定依據(jù)

1、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定工作中遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、

不斷完善”的原則，標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌

推進。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)編寫和內(nèi)容編排等方面依據(jù)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》進行編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)性能指標(biāo)時，綜

合考慮MEMS半導(dǎo)體氣敏元件生產(chǎn)企業(yè)的狀況和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟、社會效

益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進性和技術(shù)上的合理性。

2、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的確定

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了MEMS半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法的試驗要求、試驗條件、

試驗步驟、試驗結(jié)果分析等內(nèi)容。

氣敏元件穩(wěn)定性評價需要較長的通電時間，往往以年為單位來計。該標(biāo)準(zhǔn)確立了一種

快速評價穩(wěn)定性的方法，在試驗步驟方面主要提出了利用電壓過載和脈沖電壓兩項試驗，

其原理是通過循環(huán)和過載兩種不同熱誘導(dǎo)方式使氣敏元件穩(wěn)定性加速變化。較高的工作

溫度和頻繁的溫度驟變有利于加快氣敏材料粒徑的團聚和生長，從而使其靈敏度快速變

化。

3、確定主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

-2-

具體內(nèi)容的確定主要考慮了MEMS半導(dǎo)體氣敏元件的實際生產(chǎn)使用情況，尤其是穩(wěn)

定性試驗通電測試和實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性狀況。

試驗步驟及參數(shù)要求：由于各MEMS半導(dǎo)體氣敏元件的氣敏材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計各不相

同，因此沒有規(guī)定試驗的具體參數(shù)，僅對試驗步驟提出要求。試驗參考《GB/T15653-1996

金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件測試方法》《SJ20079金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件試驗方法》。

4、解決的主要問題

本標(biāo)準(zhǔn)系首次制定。

本標(biāo)準(zhǔn)填補了MEMS半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快速評價方法的標(biāo)準(zhǔn)空白，建立了系統(tǒng)

科學(xué)的MEMS半導(dǎo)體氣敏元件穩(wěn)定性快