在半導(dǎo)體制造、光伏以及微電子機械系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域，硅片作為最基礎(chǔ)的襯底材料，其機械性能的可靠性直接決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命。硅片在后續(xù)的加工、運輸和使用過程中會承受各種機械應(yīng)力，因此，準確評估其抗彎強度等力學(xué)指標至關(guān)重要。

三點彎曲試驗是一種廣泛應(yīng)用于評估脆性材料（如硅片、陶瓷、玻璃等）彎曲強度與斷裂行為的經(jīng)典方法。它具有操作簡便、對試樣尺寸要求靈活、數(shù)據(jù)直觀等特點。

科準測控小編將通過本文，詳細為您解讀基于SEMI國際標準的硅片三點彎曲試驗，涵蓋其測試原理、執(zhí)行標準、所需儀器及詳細操作流程，為相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)與質(zhì)量控制人員提供一份實用的操作指南。

一、 試驗原理

三點彎曲試驗是測量材料彎曲性能的一種方法。其核心原理是將條形或矩形試樣置于兩個平行的下支撐輥上，在上方跨距中點通過一個上壓頭以恒定速度向下加載力。

隨著載荷的增加，試樣中部下表面（即受拉應(yīng)力面）的應(yīng)力逐漸增大。對于硅這類脆性材料，當此處的拉應(yīng)力達到其材料的極限抗拉強度時，試樣便會突然發(fā)生斷裂。記錄下斷裂瞬間所施加的最大載荷（F），即可通過固定的彎曲強度計算公式，得到材料的彎曲強度（σf）。

其計算公式為：

σf = (3 * F * L) / (2 * b * h2)

其中：

σf 為彎曲強度（MPa）

F 為試樣斷裂時的最大載荷（N）

L 為下支撐輥之間的跨距（mm）

b 為試樣的寬度（mm）

h 為試樣的厚度（mm）

二、 試驗標準

SEMI G86-0303 - 《測試硅片彎曲強度的測試方法》

三、 試驗設(shè)備與儀器

1、KZ-68SC-05XY 萬能材料試驗機

2、三點彎曲夾具

3、試驗條件

樣品名稱：硅片

試驗溫度：室溫

試驗速度：0.1mm/min

試驗尺寸：厚度 350um-600um;長寬 5X5 mm

試驗類型：三點彎曲測試

四、 試驗流程

步驟一、試樣制備與測量

使用金剛石劃片機或激光切割等方式，將硅片切割成標準要求的 5mm × 5mm 的小方塊。

使用千分尺或激光測厚儀精確測量每個試樣的實際厚度（h）和寬度（b），每個尺寸至少測量三次取平均值，并記錄。

步驟三、設(shè)備準備與設(shè)置

將三點彎曲夾具正確安裝到萬能材料試驗機上。

根據(jù)標準 SEMI G86-0303 和試樣尺寸，設(shè)置試驗參數(shù)：

跨距（L）： 2 mm

試驗速度： 0.1 mm/min （極低的速度是為了確保準靜態(tài)加載，獲得準確的斷裂力）

在試驗軟件中選擇“三點彎曲"測試模式，并輸入試樣尺寸參數(shù)。

步驟四、安裝試樣與執(zhí)行測試

將試樣小心地放置于兩個下支撐輥上，確保其中心線與壓頭和支撐輥的軸線垂直。

啟動試驗機，上壓頭將以設(shè)定的速度（0.1 mm/min）勻速下降，對試樣施加載荷。

密切觀察測試過程，直至試樣發(fā)出清脆的斷裂聲，試驗機自動記錄下最大斷裂力（F）并停止測試。

步驟五、數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果分析

試驗軟件會自動生成載荷-位移曲線。從曲線上讀取最大載荷值 F。

通常一個批次需要測試多個有效試樣（如5個以上），最后取其算術(shù)平均值作為該批次硅片的彎曲強度代表值。

步驟六、試驗報告

完整的試驗報告應(yīng)包含：試樣信息（材質(zhì)、尺寸）、試驗標準、設(shè)備信息、試驗參數(shù)、原始數(shù)據(jù)、計算結(jié)果（彎曲強度值、平均值、標準差）以及試驗過程中的照片（試樣照片、帶夾具的測試狀態(tài)照片、斷裂后試樣照片）和軟件生成的測試曲線報告。

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