JP2009156725A - Thin film test piece structure, its manufacturing method, its tensile test method, and tensile testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、引張試験に用いる薄膜試験片構造体、その製造方法、その引張試験方法及び引張試験装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film test piece structure used for a tensile test, a manufacturing method thereof, a tensile test method thereof, and a tensile test apparatus.
マイクロマシン(Micro Electro Mechanical System:MEMS)や半導体部品などのマイクロデバイスは、薄膜などの微小な部材から構成されている。これらマシン及びデバイスの性能や信頼性を向上させるためには、薄膜材料の使用寸法下における機械的・電気的特性を十分に把握したうえで設計を行うことが重要になる。電気的特性については、これまでも比較的多く調べられてきたが、機械的特性については、その試験技術の困難性から未だ明らかになっていないものが多いのが現状である。機械的特性を評価する代表的な手法としては引張試験が挙げられ、薄膜材料を対象とした引張試験は、一軸引張負荷を試験片に加えたときの抵抗荷重と変位を読み取り、試験片のヤング率、破壊強度、降伏応力等を求めるものが殆どである。
しかしながら、一軸引張試験における試験片の変形挙動は、二軸以上の多軸応力下と同一であるとは考え難い。通常、マイクロマシン及びマイクロデバイスに用いられるマイクロ・ナノレベルの厚みを有する微小な構造体は、異種材料による積層構造を有しているものが多く、大部分が多軸応力条件下にあり、一軸応力条件下で存在している構造体は極めて限定される。よって、この微小な構造体から構成される製品の信頼性設計を行うためには、薄膜材料の変形挙動について、一軸応力条件下だけでなく多軸応力条件下においても十分把握できるようにすることが急務となっている。 However, the deformation behavior of the test piece in the uniaxial tensile test is unlikely to be the same as that under biaxial or multiaxial stress. Usually, micro structures with micro / nano-level thickness used for micromachines and microdevices often have a laminated structure of different materials, and most of them are under multiaxial stress conditions. The structures that exist under conditions are very limited. Therefore, in order to design the reliability of products composed of this minute structure, the deformation behavior of thin film materials must be fully understood not only under uniaxial stress conditions but also under multiaxial stress conditions. Is an urgent need.
例えば、特許文献1及び2では、ゴム板などの試験片をつかみ具により把持した状態でX−Y方向に引っ張る二軸引張試験機が提案されている。しかしながら、これらの二軸引張試験機は、微小な薄膜材料を対象としたものではないため、厚みがマイクロ・ナノレベルの剛性が極めて低い薄膜材料を試験片として適用しても、薄膜試験片が捩れて正しい位置及び姿勢に保たれないために精度良い試験結果が得られず、最悪の場合には薄膜試験片が破れてしまうという問題が生じることとなる。
For example,
そこで本発明は、薄膜材料からなる試験片を用いて精度良く引張試験を行うことができるようにすることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to enable a tensile test to be performed with high accuracy using a test piece made of a thin film material.
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る薄膜試験片構造体は、引張試験に用いられる薄膜試験片構造体であって、試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片と、前記薄膜試験片の前記試験対象部を除いた少なくとも一部を支持する支持部材とを備え、前記支持部材は、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に接続する接続部とを有していることを特徴とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a thin film test piece structure according to the present invention is a thin film test piece structure used for a tensile test, and includes a test object portion and a load continuous thereto. A thin film test piece provided with a transmission part, and a support member that supports at least a part of the thin film test piece excluding the test target part, the support member being joined to the load transmission part A support part; a frame part arranged around the thin film test piece; and a connection part that connects the test piece support part to the frame part so as to be relatively displaceable in a tensile direction. It is characterized by.
前記構成によれば、薄膜試験片の荷重伝達部に支持部材の試験片支持部が接合されており、かつ、その試験片支持部が連結部によりフレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結されているので、薄膜試験片は、その引張方向の変位が許容されながらも捩れにくい構成となっている。したがって、薄膜材料からなる試験片を用いて正しい位置及び姿勢を安定保持しながら精度良く引張試験を行うことが可能となる。また、薄膜試験片は支持部材により安定して保持されているので、薄膜試験片のハンドリングが容易になり、薄膜試験片のハンドリング中における破損も防止することが可能となる。 According to the above configuration, the test piece support portion of the support member is joined to the load transmitting portion of the thin film test piece, and the test piece support portion can be relatively displaced in the tensile direction with respect to the frame portion by the connecting portion. Since they are connected, the thin film test piece is configured to be difficult to twist while allowing displacement in the tensile direction. Therefore, it is possible to perform a tensile test with high accuracy while stably maintaining a correct position and posture using a test piece made of a thin film material. Moreover, since the thin film test piece is stably held by the support member, the thin film test piece can be easily handled, and damage during the handling of the thin film test piece can be prevented.
前記荷重伝達部は、前記試験対象部から二軸方向に延在していてもよい。 The load transmitting unit may extend in a biaxial direction from the test target unit.
前記構成によれば、試験対象部に二軸方向の引張力を付与することができるので、安定して二軸引張試験を行うことが可能となる。 According to the said structure, since the tensile force of a biaxial direction can be provided to a test object part, it becomes possible to perform a biaxial tension test stably.
前記連結部は、前記荷重伝達部の軸方向を挟んだ両側に対称に設けられていてもよい。 The connecting part may be provided symmetrically on both sides of the load transmitting part across the axial direction.
前記構成によれば、荷重伝達部の軸方向を挟んだ対となる連結部が対称であることにより、薄膜試験片の位置及び姿勢が軸方向に対して対称に保たれるので、安定した状態で精度良く引張試験を行うことができる。 According to the above configuration, since the paired connecting portions sandwiching the axial direction of the load transmitting portion are symmetrical, the position and posture of the thin film test piece are kept symmetrical with respect to the axial direction, so that the stable state Can perform a tensile test with high accuracy.
前記連結部は、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して弾性的に連結する弾性連結部からなる構成であってもよい。 The connection part may be composed of an elastic connection part that elastically connects the test piece support part to the frame part.
前記構成によれば、連結部は、薄膜試験片の捩れ等を防止しながらも、試験片支持部のフレーム部に対する引張方向の相対変位を好適に許容することが可能となる。 According to the said structure, it becomes possible for a connection part to accept | permit the relative displacement of the tensile direction with respect to the flame | frame part of a test piece support part suitably, preventing the twist etc. of a thin film test piece.
前記弾性連結部は、前記試験片支持部と前記フレーム部と同一材料で一体的に形成され且つ平面視で葛折状に形成されたバネ線状体からなっていてもよい。 The elastic connecting portion may be formed of a spring linear body that is integrally formed of the same material as the test piece support portion and the frame portion and is formed in a distorted shape in plan view.
前記構成によれば、弾性連結部をバネ線状に形成することで、試験片支持部及びフレーム部と同一材料で弾性連結部を一体的に形成しながらも、一方向に相対変位可能な弾性連結部を容易に設けることが可能となる。 According to the above configuration, the elastic connecting portion is formed in the shape of a spring wire, so that the elastic connecting portion is integrally formed of the same material as the test piece support portion and the frame portion, but can be elastically displaced in one direction. The connecting portion can be easily provided.
前記荷重伝達部及び前記試験片支持部には、それらを貫通する係合孔が形成されていてもよい。 The load transmitting portion and the test piece support portion may be formed with an engagement hole penetrating them.
前記バネ線状体は、前記薄膜試験片及び前記支持部材の平面方向の幅よりも、前記平面に直交する方向の厚みが大きくなっていてもよい。 The spring linear body may have a thickness in a direction orthogonal to the plane larger than a width in a plane direction of the thin film test piece and the support member.
前記構成によれば、バネ線状体は、薄膜試験片及び支持部材の平面方向に直交する方向である厚み方向の剛性が高くなるので、バネ線状体が前記平面に対して面外方向に変形するのを抑制することができ、薄膜試験片が捩れることを好適に防止すること可能となる。 According to the above configuration, the spring linear body has increased rigidity in the thickness direction, which is a direction orthogonal to the planar direction of the thin film test piece and the support member, so that the spring linear body is in an out-of-plane direction with respect to the plane. The deformation can be suppressed, and the thin film test piece can be suitably prevented from being twisted.
前記構成によれば、薄膜試験片を掴まなくても、係合孔に引張試験装置側の突起を挿入すれば、薄膜試験片に引張力を付与することができるので、薄膜試験片の捩れ等を防止することが可能となる。 According to the above configuration, even if the thin film test piece is not gripped, a tensile force can be applied to the thin film test piece by inserting the protrusion on the tensile test device side into the engagement hole. Can be prevented.
前記フレーム部の前記試験対象部近傍に前記薄膜試験片と同一平面を形成する層が設けられており、該層の外端縁に前記薄膜試験片と対向するマークが形成されていてもよい。 A layer forming the same plane as the thin film test piece may be provided in the vicinity of the test target portion of the frame portion, and a mark facing the thin film test piece may be formed on an outer edge of the layer.
前記構成によれば、マーク位置を撮影画像上で認識すること等により、薄膜試験片の変位状態を視覚的かつ定量的に把握することが可能となる。 According to the said structure, it becomes possible to grasp | ascertain the displacement state of a thin film test piece visually and quantitatively by recognizing a mark position on a picked-up image.
本発明の薄膜試験片構造体の製造方法は、引張試験に用いられる薄膜試験片構造体の製造方法であって、腐食可能な材料からなる未エッチング基板の一面側に、試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片を形成する工程と、前記未エッチング基板の他面側に平面視で前記試験対象部を除いた少なくとも一部に所要形状の防食処理を施す工程と、前記未エッチング基板に対して他面側からエッチングを行うことにより、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、平面視で前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結する連結部とを有する支持部材を形成する工程とを備えていることを特徴とする。 The method for producing a thin film test piece structure of the present invention is a method for producing a thin film test piece structure used for a tensile test, wherein a test target portion and a continuous portion thereof are formed on one side of an unetched substrate made of a corrosive material. A step of forming a thin film test piece provided with a load transmitting portion, and a step of performing anticorrosion treatment of a required shape on at least a part of the other surface side of the unetched substrate excluding the test target portion in plan view, Etching the unetched substrate from the other surface side, a test piece support joined to the load transmitting part, a frame part arranged around the thin film test piece in plan view, Forming a support member having a connecting portion that connects the test piece support portion to the frame portion so as to be relatively displaceable in a tensile direction.
前記製造方法によれば、薄膜試験片構造体を微細かつ高精度に製造することができる。また、その製造された薄膜試験片構造体は、薄膜試験片の荷重伝達部に支持部材の試験片支持部が接合されており、かつ、その試験片支持部が連結部によりフレーム部に連結されているので、薄膜試験片は、捩れにくく正しい位置及び姿勢に安定して保持される。したがって、薄膜材料からなる試験片を用いて精度良く引張試験を行うことが可能となる。また、薄膜試験片は支持部材により安定して保持されているので、薄膜試験片のハンドリングが容易になり、薄膜試験片のハンドリング中における破損も防止することが可能となる。 According to the said manufacturing method, a thin film test piece structure can be manufactured finely and with high precision. Further, the manufactured thin film test piece structure has the test piece support portion of the support member joined to the load transmitting portion of the thin film test piece, and the test piece support portion is connected to the frame portion by the connecting portion. Therefore, the thin film test piece is hardly twisted and is stably held in a correct position and posture. Therefore, it is possible to perform a tensile test with high accuracy using a test piece made of a thin film material. Moreover, since the thin film test piece is stably held by the support member, the thin film test piece can be easily handled, and damage during the handling of the thin film test piece can be prevented.
本発明の引張試験方法は、前記薄膜試験片構造体を引張試験するための方法であって、前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第1回目の引張荷重及び変位を計測し、前記薄膜試験片構造体の前記試験対象部の破断後に、前記第1回目と同一条件にて再び前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第2回目の引張荷重及び変位を計測し、前記第1回目に計測された引張荷重及び変位から、前記第2回目に計測された引張荷重及び変位をそれぞれ引き算することを特徴とする。 The tensile test method of the present invention is a method for subjecting the thin film test piece structure to a tensile test, and applying a tensile force to the load transmitting portion and the test piece support portion of the thin film test piece structure, The first tensile load and displacement are measured, and after the test target portion of the thin film test piece structure is broken, the tensile force is again applied to the load transmitting portion and the test piece support portion under the same conditions as the first time. The second tensile load and displacement are measured, and the tensile load and displacement measured at the second time are subtracted from the tensile load and displacement measured at the first time, respectively. And
前記方法によれば、薄膜試験片を支持部材が接合された状態で安定して引っ張ることができ、かつ、薄膜試験片の破断後に支持部材による影響を除外した薄膜試験片の引張特性(引張荷重及び変位)を求めることが可能となる。 According to the above-described method, the thin film test piece can be stably pulled in a state in which the support member is bonded, and the tensile properties (tensile load) of the thin film test piece excluding the influence of the support member after the thin film test piece is broken. And displacement) can be obtained.
本発明の引張試験装置は、前記薄膜試験片構造体を引張試験するための装置であって、前記薄膜試験片構造体の前記支持部材の前記フレーム部が設置される設置台と、前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部に引張荷重を伝達する引張荷重伝達部材と、前記引張荷重伝達部材を移動させるための動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置からの動力を前記引張荷重伝達部材に伝達する動力伝達機構と、前記引張荷重伝達部材に負荷される荷重を計測する荷重計測装置と、前記引張荷重伝達部材の変位を計測する変位計測装置とを備えていることを特徴とする。 The tensile test apparatus according to the present invention is an apparatus for performing a tensile test on the thin film test piece structure, wherein the frame portion of the support member of the thin film test piece structure is installed; and the thin film test A tensile load transmitting member for transmitting a tensile load to the load transmitting portion of the one-piece structure; a driving device for generating power for moving the tensile load transmitting member; and a power from the driving device for transmitting the tensile load to the tensile load transmitting member. And a load measuring device for measuring a load applied to the tensile load transmitting member, and a displacement measuring device for measuring a displacement of the tensile load transmitting member.
前記構成によれば、前述した薄膜試験片構造体の支持部材のフレーム部を設置台に設置し、薄膜試験片構造体の荷重伝達部に引張力を付与して、それに伴って生じる薄膜試験片構造体からの反力(引張荷重)及び変位を精度良く計測することが可能となる。 According to the above configuration, the frame portion of the support member of the thin film test piece structure described above is installed on the installation base, and a tensile force is applied to the load transmitting portion of the thin film test piece structure, and the thin film test piece generated accordingly. It becomes possible to accurately measure the reaction force (tensile load) and displacement from the structure.
前記引張荷重伝達部材は、前記薄膜試験片構造体に二軸方向の引張力を付与する構成であってもよい。 The tensile load transmitting member may be configured to apply a biaxial tensile force to the thin film test piece structure.
前記構成によれば、薄膜試験片構造体に対して二軸方向に引張試験を行うことができる。 According to the said structure, a tensile test can be performed to a biaxial direction with respect to a thin film test piece structure.
前記引張荷重伝達部材は、基部と、前記基部から突出して前記薄膜試験片構造体の前記係合孔に挿入される係合突起とを有し、前記設置台は、複数の平坦な設置面を有する一体品からなり、前記引張荷重伝達部材の前記基部は、前記設置面を含む平面よりも下方に位置し、前記引張荷重伝達部材の前記係合突起は、前記設置面を含む平面よりも上方に突出してもよい。 The tensile load transmission member has a base and an engagement protrusion that protrudes from the base and is inserted into the engagement hole of the thin-film test piece structure, and the installation base has a plurality of flat installation surfaces. And the base portion of the tensile load transmission member is positioned below a plane including the installation surface, and the engagement protrusion of the tensile load transmission member is above the plane including the installation surface. May protrude.
前記構成によれば、設置台の設置面に載せられた薄膜試験片構造体の係合孔に係合突起が挿入された状態で、引張荷重伝達部材の基部は薄膜試験片構造体に当接しないため、引張荷重伝達部材の平坦度が十分でない場合でも、薄膜試験片構造体を正しい位置及び姿勢に保つことができる。また、設置台は一体品からなるので、引張試験装置を試験場所にセッティングする際に設置面の平坦度を調整する手間も省くことができる。 According to the above configuration, the base of the tensile load transmitting member is in contact with the thin film test piece structure in a state where the engagement protrusion is inserted into the engagement hole of the thin film test piece structure placed on the installation surface of the installation table. Therefore, even when the flatness of the tensile load transmitting member is not sufficient, the thin film test piece structure can be maintained in the correct position and posture. In addition, since the installation table is an integral product, it is possible to save the trouble of adjusting the flatness of the installation surface when setting the tensile test apparatus at the test site.
前記引張荷重伝達部材は、前記設置台から離反する方向に延出しており、前記駆動装置は、前記引張荷重伝達部材の下方に配置され、前記動力伝達機構を介して前記引張荷重伝達部材に接続されていてもよい。 The tensile load transmission member extends in a direction away from the installation base, and the driving device is disposed below the tensile load transmission member and connected to the tensile load transmission member via the power transmission mechanism. May be.
前記構成によれば、駆動装置が引張荷重伝達部材の下方に配置されているので、引張荷重伝達部材に対して引張方向に直列配置する場合に比べて、装置全体をコンパクト化することができる。 According to the said structure, since the drive device is arrange | positioned under the tensile load transmission member, compared with the case where it arranges in series with respect to the tensile load transmission member in the tension | pulling direction, the whole apparatus can be made compact.
前記動力伝達機構は、前記駆動装置からの駆動力が作用する力点と、前記引張荷重伝達部材に駆動力を伝達する作用点と、テコの原理により前記作用点における変位を前記力点における変位よりも増加させるための支点とを有していてもよい。 The power transmission mechanism includes a power point at which a driving force from the driving device acts, a point at which the driving force is transmitted to the tensile load transmission member, and a displacement at the point of action according to the principle of leverage than a displacement at the power point. You may have a fulcrum for making it increase.
前記構成によれば、駆動装置により発生する変位が動力伝達機構により増幅されるので、駆動装置により発生する変位が小さくても、引張荷重伝達部材を大きく変位させることが可能となる。 According to the above configuration, since the displacement generated by the drive device is amplified by the power transmission mechanism, the tensile load transmission member can be largely displaced even if the displacement generated by the drive device is small.
以上の説明から明らかなように、本発明の薄膜試験片構造体によれば、薄膜材料からなる試験片を用いて精度良く引張試験を行うことができると共に、薄膜試験片のハンドリング中における破損も防止することができる。また、本発明の薄膜試験片構造体の製造方法によれば、薄膜試験片構造体を微細かつ高精度に製造することができる。また、本発明の引張試験方法によれば、薄膜試験片を支持部材が接合された状態で安定して引っ張ることができ、かつ、薄膜試験片の破断後に支持部材による影響を除外した薄膜試験片の引張特性を求めることが可能となる。また、本発明の引張試験装置によれば、薄膜試験片構造体の支持部材のフレーム部を設置台に設置し、薄膜試験片構造体の荷重伝達部に引張力を付与して、引張荷重及び変位を精度良く計測することが可能となる。 As is apparent from the above description, according to the thin film test piece structure of the present invention, a tensile test can be performed with high accuracy using a test piece made of a thin film material, and damage during handling of the thin film test piece can be prevented. Can be prevented. Moreover, according to the manufacturing method of the thin film test piece structure of this invention, a thin film test piece structure can be manufactured finely and with high precision. Further, according to the tensile test method of the present invention, the thin film test piece can be stably pulled in a state where the support member is joined, and the influence of the support member is excluded after the thin film test piece is broken. It is possible to obtain the tensile properties of Further, according to the tensile test apparatus of the present invention, the frame portion of the support member of the thin film test piece structure is installed on the installation table, and a tensile force is applied to the load transmitting portion of the thin film test piece structure, and the tensile load and Displacement can be measured with high accuracy.
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[薄膜試験片構造体の構成]
図1は本発明の実施形態に係る薄膜試験片構造体1を示す斜視図である。図2は薄膜試験片構造体1の平面図である。図3は図2のIII−III線断面図である。図4は薄膜試験片構造体1の弾性連結部及びその近傍を表す拡大斜視図である。なお、図2では、理解し易さのために、後述する薄膜試験片2と支持部材3とにそれぞれ異なるハッチングを付している。図1〜4に示すように、薄膜試験片構造体1は、試験対象部2a及びそれに連続する荷重伝達部2bが設けられた薄膜試験片2と、薄膜試験片2の試験対象部2aを除いて荷重伝達部2bを支持する支持部材3とを備えており、二軸引張試験に用いられるものである。
[Structure of thin film specimen structure]
FIG. 1 is a perspective view showing a thin film
薄膜試験片2は、膜厚が1〜2μmの金属(例えば、アルミニウム)からなる薄膜である。試験対象部2aは、平面視で四角形状となっている。荷重伝達部2bは、試験対象部2aに連続して四方(X−Y方向)に延出する第1延在部2cと、第1延在部2cに連続して第1延在部2cよりも広い幅である第2延在部2dと、第2延在部2dに連続して中心に係合孔5を有する平面視で四角枠形状の係合枠部2eとを有している。即ち、荷重伝達部2bは、試験対象部2aから二軸方向に延出するように二対設けられている。
The thin
支持部材3は、板厚が100〜300μmの単結晶シリコン板6の上下面に、膜厚が0.5〜1.5μmのシリコン酸化膜7,8を形成した薄板からなり、薄膜試験片2よりも肉厚が大きくなっている。支持部材3は、薄膜試験片2の荷重伝達部2bの下面に接合された試験片支持部3aと、薄膜試験片2と離隔した周囲に配置された四角枠状のフレーム部3cと、試験片支持部3aをフレーム部3cに対して相対変位可能に連結する弾性連結部3d,3e(連結部)とを有している。試験片支持部3aには、係合枠部2eの係合孔5と連通する係合孔5が形成されている。また、試験片支持部3aには、試験対象部2aから離反する方向にブラケット部3bが突出している。
The
係合孔5よりも試験対象部2aから離反する外側において、ブラケット部3bとフレーム部3cとが弾性連結部3dにより連結されており、かつ、係合孔5よりも試験対象部2aに近接する内側において、試験片支持部3aの第2延在部2dに対応する部分とフレーム部3cとが弾性連結部3eにより連結されている。弾性連結部3d,3eは、平面視で葛折状に形成されたバネ線状体からなり、引張方向に伸縮可能となっている。即ち、弾性連結部3d,3eは、試験片支持部3aがフレーム部3cに対して引張方向に相対変位できるように弾性変形する構成となっている。
The
弾性連結部3d,3eは、薄膜試験片構造体1の平面内において、試験片支持部3a及びブラケット部3bから引張方向に直交する方向に向けて両側に延出し、その両側にあるフレーム部3cに連結されている。そして、弾性連結部3d,3eは、荷重伝達部2bの軸方向を挟んだ両側に対称に設けられている。また、弾性連結部3d,3eを構成するバネ線状体は、薄膜試験片構造体1の平面方向の幅Wよりも、それに直交する方向の厚みTが大きくなっている。
In the plane of the thin film
図5は薄膜試験片構造体1の試験対象部2a及びその近傍を表す拡大平面図である。図1,2及び5に示すように、支持部材3のフレーム部3cの上面の一部には、試験対象部2aの近傍において薄膜試験片2と同一平面を形成するダミー薄膜層4が形成されている。このダミー薄膜層4は、薄膜試験片2と同一材料及び同一肉厚で形成されている。薄膜試験片2の第2延在部2dにおける第1延在部2c近傍の外端縁には、ダミー薄膜層4に向けて平面視で先細り形状の小さなマークが突出している。ダミー薄膜層4の外端縁には、そのマーク2d1と対向する平面視で先細り形状のマーク4aが突出している。さらに、薄膜試験片2の第1延在部2cには、それぞれ平面視で先細り形状のマーク2c1が突出している。即ち、ダミー薄膜層4のマーク4aと薄膜試験片2のマーク2c1,2d1とにより薄膜試験片2の状態を撮影画像上でも認識できるようになっている。また、薄膜試験片2の第2延在部2c及びダミー薄膜層4の所定位置には、膜厚計測用の穴2c2,4bが形成されている。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing the
[薄膜試験片構造体の製造手順]
図6は(a)〜(f)は薄膜試験片構造体1の製造手順を説明する断面図である。まず、図6(a)に示すように、腐食可能な材料からなる未エッチング基板として、所定厚さ(例えば、200μm)の単結晶シリコン板6を用意し、その上下面に熱酸化により所定厚さ(例えば、1μm)のシリコン酸化膜7,8を形成する。次いで、図6(b)に示すように、スパッタリングによりアルミニウムを薄膜試験片2となるパターン形状に所定厚さ(例えば、2μm)で成膜する。次いで、図6(c)に示すように、その上下面に金属(例えば、クロム)を所定厚さ(例えば、0.1μm)で成膜し、保護膜9,10を形成する。但し、この保護膜9,10は金属でなくてもよい。
[Procedure for manufacturing thin-film specimen structure]
6A to 6F are cross-sectional views for explaining the manufacturing procedure of the thin-film
次いで、図6(d)に示すように、下面側の保護膜10及びシリコン酸化膜8をウェットエッチングにより所定形状に形成し、そのエッチング後の保護膜10及びシリコン酸化膜8を防食マスクとして下面側からドライエッチングを行い、単結晶シリコン板6を所定形状に形成する。次いで、図6(e)に示すように、上面側のシリコン酸化膜7を下面側からのウェットエッチングにより所定形状に形成する。最後に、図6(f)に示すように、上面側の保護膜9をウェットエッチングにより除去し、前述した薄膜試験片構造体1が完成する。
Next, as shown in FIG. 6D, the lower
[引張試験システムの構成]
図7は本発明の実施形態に係る引張試験装置20を有する引張試験システム30を模式的に示した全体図である。図7に示すように、引張試験システム30は、後述するように、ピエゾアクチュエータ35、ロードセル37及び差動トランス38を有する引張試験装置20を備えている。ピエゾアクチュエータ35は、ピエゾコントローラ21及びA/D変換器24を介してコンピュータ25に接続されている。ロードセル37は、ロードセルアンプ22及びA/D変換器24を介してコンピュータ25に接続されている。差動トランス38は、差動トランスアンプ23及びA/D変換器24を介してコンピュータ25に接続されている。また、コンピュータ25には、引張試験装置20に設置された薄膜試験片構造体1(図1参照)を上方から撮影するCCDカメラ26が接続されている。
[Configuration of tensile test system]
FIG. 7 is an overall view schematically showing a
[引張試験装置の構成]
図8は本発明の実施形態に係る引張試験装置20を示す斜視図である。図8に示すように、引張試験装置20は、平面視で四角形状からなる土台31と、その上に設置される平面視で略四角形状かつ断面視で逆凹形状のハウジング32とを有している。ハウジング32は、ハウジング本体部32aと、動力伝達機構36と、動力伝達機構36をハウジング本体部32aに対して相対変位可能に接続する接続バネ部47,48とを一体的に有しており、ハウジング本体部32aの四つの隅部には配線導入口32bが開口している。
[Configuration of tensile test equipment]
FIG. 8 is a perspective view showing a
ハウジング本体部32aには、薄膜試験片構造体1(図1参照)の支持部材3のフレーム部3cが設置される設置台33が取り付けられている。設置台33の近傍には、薄膜試験片構造体1(図1参照)の荷重伝達部2bに引張荷重を伝達する4つの引張荷重伝達部材34が設けられている。各引張荷重伝達部材34は、それぞれ荷重計測装置であるロードセル37を介して動力伝達機構36に接続されている。動力伝達機構36は、それぞれ引張荷重伝達部材34の下方に隠れて配置された駆動装置であるピエゾアクチュエータ35(図11参照)に接続されている。引張荷重伝達部材34には、引張荷重伝達部材34の変位を計測するためにハウジング本体部32aに取り付けられた変位計測装置である差動トランス38(LVDT:Linear Variable Differential Transformer)が接続されている。
A mounting
即ち、引張試験装置20では、4つのピエゾアクチュエータ35の動力が動力伝達機構36及びロードセル37を介してそれぞれ引張荷重伝達部材34に伝達されることで、薄膜試験片構造体1(図1参照)にX−Y方向の二軸の引張力が負荷される。そして、その際、各々の引張荷重伝達部材34に負荷される荷重がそれぞれロードセル37で計測されると共に、各々の引張荷重伝達部材34の変位がそれぞれ差動トランス38で計測される構成となっている。
That is, in the
図9は引張試験装置20の設置台33及びその近傍を表す拡大斜視図である。図9に示すように、ハウジング本体部32aの中央には平面視で四角形状の設置台用凹部32cが設けられており、その凹部32cに平面視で四角形状の設置台33が収容配置されている。設置台33は、一体品からなり、その上面33aがハウジング本体部32aよりも上方に位置している。設置台33の上面33aには、中心から四方(X−Y方向)に一定幅で延びる定幅溝部33bと、その定幅溝部33bから幅が広がるように引張方向に延びる拡幅溝部33cとが形成されている。設置台33の上面33aにおける定幅溝部33bに隣接する部分には、薄膜試験片構造体1(図1参照)を設置するための平面視四角形状の平坦な設置面33dが若干上方に突出した状態で設けられている。
FIG. 9 is an enlarged perspective view showing the
引張荷重伝達部材34は、基部34aと、基部34aから上方に突出して薄膜試験片構造体1(図1参照)の係合孔5に挿入される係合突起34bとを有している。基部34aは、係合突起34bが設けられて設置台33の定幅溝部33bに収容配置される小幅部34cと、設置台33の拡幅溝部33cに収容配置される拡幅部34dと、拡幅部34dから設置台33より離反する引張方向に延在する大幅部34eとを有している。基部34aは、設置面33dを含む水平面よりも下方に位置しており、係合突起34bは、設置面33dを含む水平面よりも上方に突出している。
The tensile
図10は引張試験装置20の動力伝達機構36及びその近傍を表す拡大斜視図である。図11は引張試験装置20の動力伝達機構36及びその近傍を表す拡大平面図である。なお、図11では、理解し易さのためにハウジング本体部32aにハッチングを付している。図10及び11に示すように、動力伝達機構36は、引張荷重伝達部材34の下方に配置されたピエゾアクチュエータ35の出力部35aから動力を受ける変位増幅部44と、ロードセル37が固定されるロードセル固定部46と、変位増幅部44をロードセル固定部46に接続する中継部となる作用点部45とを有している。動力伝達機構36で囲まれた内側空間には、土台31(図8参照)に固定されるハウジング本体部32の一部であって、差動トランス固定具39が固定される固定壁部32dが配置されている。差動トランス固定具39は、下側固定部材41と上側固定部材42とで差動トランス38を挟持固定しており、その差動トランス38が連結軸43を介して引張荷重伝達部材34に連結されている。
FIG. 10 is an enlarged perspective view showing the
図11に示すように、動力伝達機構36の変位増幅部44は、ピエゾアクチュエータ35の出力部35aにより引張方向(引張荷重伝達部材34が移動する軸方向)に向けて押圧される力点部44aを有している。力点部44aには、引張方向に延びる一対の第1縦延在部44bが接続されている。各第1縦延在部44bには、引張方向に直交する方向に互いに離反するように延びる一対の第1横延在部44cが接続されている。第1横延在部44cは、固定壁部32dに若干の隙間をあけて配置されている。その第1横延在部44cの力点部44a寄りには、固定壁部32dとブリッジ状に接続される第1支点部44dが設けられている。
As shown in FIG. 11, the
各第1横延在部44cの離反側の端部には、引張方向と逆方向(図11における上方向)に延びる一対の第2縦延在部44eが接続されている。各第2縦延在部44eには、引張方向に直交する方向に互いに近接するように延びる一対の第2横延在部44fが接続されている。第2横延在部44fは、固定壁部32dに若干の隙間をあけて配置されており、第2横延在部44fの第2縦延在部44e寄りには、固定壁部32dとブリッジ状に接続される第2支点部44gが設けられている。各第2横延在部44fの近接側の端部は、作用点部45を介してロードセル固定部46に接続されている。即ち、作用点部45が変位増幅部44の出力部分となり、変位増幅部44からロードセル固定部46への動力伝達を中継している。また、変位増幅部44は、二対の支点部44d,44gを有しており、引張方向に直交する方向に長い形状となっている。ロードセル固定部46は、その前後が接続バネ部47,48により相対変位可能にハウジング本体部32aに連結されている。接続バネ部47,48は、平面視で蛇行形状に形成されており、引張方向に伸縮可能となっている。また、動力伝達機構36では、第1縦延在部44b、第1支点部44d、第2縦延在部44e、第2支点部44g及び作用点部45において、その隣接する部分に切り込みを設けることで、引張方向からずれる方向の変位を許容している。
A pair of second longitudinally extending
このように、動力伝達機構36は、引張方向を挟んだ一対の動力伝達経路で動力を伝達する構成であり、その一対の動力伝達経路は引張荷重伝達部材34の引張方向の中心軸線を挟んで対称に形成されている。つまり、動力伝達機構36は、引張荷重伝達部材34の引張方向の中心軸線を挟んで対称であるので、仮に、第1縦延在部44b、第1支点部44d、第2縦延在部44e、第2支点部44g及び作用点部45の各所で引張方向からずれる変位が発生しても、それらの合成力が自動的に引張方向に一致するように構成されている。
As described above, the
次に、動力伝達機構36の動作について説明する。なお、図11に示した矢印の長さは変位の大きさを意味している。図11に示すように、まず、ピエゾアクチュエータ35の出力部35aが、変位増幅部44の力点部44aを引張方向に押圧する。そうすると、一対の第1縦延在部44bが引張方向に沿って変位し、第1支点部44dを支点としたテコの原理により、各第1横延在部44cの離反側の端部の引張方向の変位量が増幅され、それに接続された第2縦延在部44eが引張方向と逆方向に変位する。そして、第2横延在部44fの離反側の端部が引張方向と逆方向に変位し、第2支点部44gを支点としたテコの原理により、各第2横延在部44eの近接側の端部の引張方向の変位量がさらに増幅され、それに接続された作用点部45が引張方向に変位し、ロードセル固定部46が引張方向に大きく変位する。つまり、変形量が数十μmと小さいピエゾアクチュエータ35を用いても、変位増幅部44により変位量を4倍程度にまで増幅させることができる。
Next, the operation of the
[引張試験装置の組立]
次に、引張試験装置20の構造の理解のために、その組み立てについて簡単に説明する。図12〜16は、引張試験装置20の組み立ての第1〜5工程を説明する斜視図である。まず、図12に示すように、土台31を作業台(図示せず)に配置する。土台31は、平板部31aと、平板部31aの中央部分で上方に突出する四角筒部31dとを有している。平板部31aには、その所要箇所にハウジング32等を固定するためのネジ穴31bが設けられていると共に、その四隅に作業台(図示せず)への取付用のネジ穴31cが設けられている。四角筒部31dには、その4つの壁面にピエゾアクチュエータ35を取り付けるための取付孔31eが設けられている。
[Assembly of tensile test equipment]
Next, in order to understand the structure of the
次いで、図13に示すように、土台31の各取付孔31eにそれぞれ4つのピエゾアクチュエータ35を固定治具35bを介して取り付ける。次いで、図14に示すように、土台31に上方からハウジング32を取り付ける。ハウジング32のハウジング本体部32aの中央部分には、設置台33を収容配置する設置台用凹部32c、ロードセル37を固定するロードセル用凹部32g、及び、差動トランス固定具39を固定する差動トランス固定具用凹部32hが設けられている。設置台用凹部32cの中心には開口32fが形成されている。また、ロードセル用凹部32gと差動トランス固定具用凹部32hとの間には連続する開口32jが形成されている。ハウジング32の側壁の四隅には、配線導入口32bが設けられている。また、ハウジング32には、土台31のネジ穴31bに連通するネジ穴32kが設けられている。
Next, as shown in FIG. 13, four
次いで、図15に示すように、ロードセル用凹部32gにロードセル37を固定すると共に、差動トランス固定具用凹部32hに差動トランス固定具39の下側固定部材41を固定する。次いで、図16に示すように、設置台用凹部32cに設置台33を収容配置し、引張荷重伝達部材34をロードセル37の上面側の荷重検知部(図示せず)に固定し、引張荷重伝達部材34の小幅部34cを設置台33の定幅溝部33bに収容配置する。また、引張荷重伝達部材34に接続された差動トランス38を下側固定部材41上に配置して、上側固定部材42を下側固定部材41に固定することで、差動トランス38をハウジング32に対して固定する。最後に、図8に示したように、ハウジング32を土台31に対してネジ50で固定して完成する。
Next, as shown in FIG. 15, the
[引張試験方法]
次に、薄膜試験片構造体1を引張試験装置20により引張試験する際の方法について説明する。まず、引張試験装置20の設置台33(図9参照)に薄膜試験片構造体1(図1参照)を設置し、薄膜試験片構造体1の係合孔5に引張試験装置20の係合突起34bを挿入する。この際、薄膜試験片構造体1は、設置台33の設置面33dに支持され、引張荷重伝達部材34の基部34aは薄膜試験片構造体1に接触していない。その状態から、ピエゾアクチュエータ35(図11参照)を駆動させることで、その出力部35aが動力伝達機構36の変位増幅部44の力点部44aを押圧し、力点部44aが引張方向に変位する。そうすると、変位増幅部44により作用点部45の変位が力点部44aの変位よりも大きくなるように増幅される。そして、作用点部45と一体的に移動するロードセル固定部46(図11参照)がロードセル37を介して引張荷重伝達部材34を引張方向に変位させる。これにより、引張荷重伝達部材34の係合突起34bに係合孔5で係合された薄膜試験片2が支持部材3(図1参照)と共に引っ張られる。その際、薄膜試験片2及び支持部材3からの反力である引張荷重がロードセル37(図11参照)で検出されると共に、薄膜試験片2及び支持部材3の変位が差動トランス38(図11参照)で検出される。
[Tensile test method]
Next, a method for performing a tensile test on the thin film
二軸引張試験では、引張荷重の大きさにかかわらず試験片の中央部が移動してはならないが、この引張試験装置20によれば、ピエゾアクチュエータ35、ロードセル37及び差動トランス38を4セット設けているため、引張荷重及び変位をモニタリングしながら引張試験を行うことができ、薄膜試験片2の試験対象部2aの中央部の位置を一定に保つことが可能となる。また、引張試験中にCCDカメラ26(図7参照)により撮影された薄膜試験片2を上方からの画像をコンピュータ25で画像解析することで、薄膜試験片2の試験対象部2aの中央部の位置を一定に保つようにしてもよい。
In the biaxial tensile test, the central part of the test piece should not move regardless of the magnitude of the tensile load. However, according to this
そして、薄膜試験片2の試験対象部2aが破断するまで第1回目の引張試験を実施し、その際における引張荷重及び変位のデータをコンピュータ25に保存する。次に、薄膜試験片2が破断した状態で第1回目と同一条件にて第2回目の引張試験を実施し、その際における引張荷重及び変位のデータをコンピュータ25に保存する。
Then, the first tensile test is performed until the
図17は薄膜試験片2に関する引張荷重と変位との関係を算出する方法を説明するグラフである。図17に示すように、薄膜試験片2の破断前における第1回目の引張荷重及び変位のデータは、薄膜試験片2と支持部材3とを合わせたものに関するデータであり、弾性連結部3d,3eの影響が含まれている。薄膜試験片2の破断後における第2回目の引張荷重及び変位のデータは、支持部材3のみに関するデータである。そして、薄膜試験片2の破断前における第1回目の引張荷重及び変位から、薄膜試験片2の破断後における第2回目の引張荷重及び変位をそれぞれ引き算することで、薄膜試験片2のみに関する引張荷重及び変位のデータ(図17の斜線部分)を求める。こうすれば、薄膜試験片2を支持部材3が接合された状態で安定して引っ張ることができ、かつ、薄膜試験片2の破断後に支持部材3による影響を除外した薄膜試験片2のみの引張特性を求めることが可能となる。
FIG. 17 is a graph illustrating a method for calculating the relationship between the tensile load and the displacement with respect to the thin
図18は薄膜試験片構造体1を引張試験装置20により二軸引張試験した際の引張荷重と変位との関係を示す第1実施例のグラフである。図19は薄膜試験片構造体1を引張試験装置20により二軸引張試験した際の引張荷重と変位との関係を示す第2実施例のグラフである。なお、図18及び19中、白丸プロットがアルミニウムからなる薄膜試験片2の破断前の引張試験結果であり、実線が薄膜試験片2の破断後の引張試験結果である。また、図18及び20中、CH−1とCH−3はX方向における引張試験結果を示し、CH−2とCH−4はY方向における引張試験結果を示している。
FIG. 18 is a graph of the first example showing the relationship between the tensile load and the displacement when the thin film
図18では、ピエゾアクチュエータ35の出力はCH−1からCH−4まで全て0.093[N]で同一であり、引張荷重及び変位の値は全て同一となっている。図19では、ピエゾアクチュエータ35の出力はCH−1及びCH−3が0.086[N]で、CH−2及びCH−4が0.025[N]である。図18のグラフでは、CH−1からCH−4まで同じような出力結果となっており、図19のグラフでは、CH−1及びCH−3の出力結果とCH−2及びCH−4の出力結果とが相違している。
これらのグラフにより、二軸引張条件下における各方向の引張荷重及び変位の状態を的確に把握できることが分かる。
In FIG. 18, the output of the
It can be seen from these graphs that the state of the tensile load and displacement in each direction under the biaxial tension condition can be accurately grasped.
図20は薄膜試験片構造体1を引張試験装置20により二軸引張試験した際の降伏応力を示すグラフである。なお、図20のグラフ中のX軸上のプロット及びY軸上のプロットは、一軸引張試験における降伏応力を意味している。図20に示すように、二軸引張試験によれば、一軸引張試験から得られるX軸上及びY軸上のプロットをX−Y方向に延ばした点線から外れた値が得られている。このことは、二軸引張試験を行ったことで初めて得られた知見であり、薄膜材料評価に対する本発明の有効性が認められる。
FIG. 20 is a graph showing the yield stress when the thin film
[薄膜試験片構造体の作用効果]
本実施形態の薄膜試験片構造体1によれば、薄膜試験片2の荷重伝達部2bに支持部材3の試験片支持部3aが接合されており、かつ、その試験片支持部3aが弾性連結部3d,3eによりフレーム部3cに連結されているので、薄膜試験片2は、捩れにくく正しい位置及び姿勢に安定して保持される。したがって、薄膜材料からなる試験片を用いて精度良く引張試験を行うことが可能となる。また、薄膜試験片2は支持部材3により安定して保持されているので、薄膜試験片2のハンドリングが容易になり、薄膜試験片2のハンドリング中における破損も防止することが可能となる。
[Effect of thin film specimen structure]
According to the thin film
さらに、弾性連結部3d,3eは、試験片支持部3aがフレーム部3cに対して引張方向に変位するように撓むので、引張方向とは異なる方向の相対変位を抑制して薄膜試験片2の捩れ等を防止しながらも、試験片支持部のフレーム部に対する相対変位をフレキシブルに許容することが可能となる。また、係合孔5に引張試験装置20側の係合突起34bを挿入すれば、薄膜試験片2を掴まなくても薄膜試験片2に引張力を付与することができるので、薄膜試験片2の捩れ等を防止することが可能となる。
Further, since the elastic connecting
さらに、支持部材3を構成する単結晶シリコン板6と金属からなる薄膜試験片2との間にはシリコン酸化膜7が介在しているので、薄膜試験片2を構成する金属が、単結晶シリコン板6の内部に拡散して物性変化すること防止することができる。また、フレーム部3cの試験対象部2aの近傍にダミー薄膜層4が形成され、その外端縁に薄膜試験片2のマーク2c1と対向するマーク4aが形成されているので、マーク2c1,4aの位置を撮影画像上で認識すること等により、薄膜試験片2の変位状態を視覚的に把握することが可能となる。
Further, since the
[引張試験装置の作用効果]
本実施形態の引張試験装置20によれば、薄膜試験片構造体1の支持部材3のフレーム部3cを設置台33に設置し、薄膜試験片構造体1の荷重伝達部2bに二軸引張力を付与して、引張荷重及び変位を精度良く計測することが可能となる。また、設置台33の設置面33dに載せられた薄膜試験片構造体1の係合孔5に係合突起34bが挿入された状態で、引張荷重伝達部材34の基部34aは薄膜試験片構造体1に当接しないため、引張荷重伝達部材34の平坦度が十分でない場合でも、薄膜試験片構造体1を正しい位置及び姿勢に保つことができる。また、設置台33は一体品からなるので、引張試験装置20を試験場所にセッティングする際に設置面33dの平坦度を調整する手間も省くことができる。
[Effects of tensile testing equipment]
According to the
さらに、ピエゾアクチュエータ35は、ハウジング32内における引張荷重伝達部材34の下方に配置されているので、引張荷重伝達部材34に対して引張方向に直列配置する場合に比べて、装置全体をコンパクト化することができる。また、ピエゾアクチュエータ35により発生する変位が動力伝達機構36の変位増幅部44により増幅されるので、ピエゾアクチュエータ35により発生する変位が小さくても、引張荷重伝達部材34を大きく変位させることが可能となる。さらに、変位増幅部44は、複数の支点部44d,44gを有しており、引張方向に直交する方向に長い形状となっているので、引張荷重伝達部材34が移動する方向における動力伝達機構36が占有するスペースを低減することができ、装置全体をコンパクト化することができる。
Further, since the
また、動力伝達機構36の一対の動力伝達経路は、引張荷重伝達部材34の引張方向の中心軸線を挟んで対称に形成されているので、個々の各動力伝達経路の変位方向が軸方向に完全に一致しなくても、両方の動力伝達経路による合成力の方向を軸方向と一致させることが可能となる。さらに、動力伝達機構36は、接続バネ部47、48を介してハウジング本体部32aに相対変位可能に接続され、ハウジング32の一部として一体形成されているので、部品点数を低減することができる。
Further, since the pair of power transmission paths of the
以上のように、本発明に係る薄膜試験片構造体、その製造方法、その引張試験方法及び引張試験装置は、前述した効果の意義を発揮できるマイクロマシンやマイクロデバイス等の様々な分野に広く適用することができる。 As described above, the thin film specimen structure, the manufacturing method, the tensile test method, and the tensile test apparatus according to the present invention are widely applied to various fields such as a micromachine and a microdevice that can exhibit the significance of the effects described above. be able to.
1 薄膜試験片構造体
2 薄膜試験片
2a 試験対象部
2b 荷重伝達部
2c1,2d1,4a マーク
3 支持部材
3a 試験片支持部
3c フレーム部
3d,3e 弾性連結部(連結部)
5 係合孔
6 単結晶シリコン板
7 シリコン酸化膜
20 引張試験装置
32 ハウジング
32a ハウジング本体部
33 設置台
33d 設置面
34 引張荷重伝達部材
34a 基部
34b 係合突起
35 ピエゾアクチュエータ(駆動装置)
36 動力伝達機構
37 ロードセル(荷重計測装置)
38 差動トランス(変位計測装置)
44 変位増幅部
44a 力点部
44d,44g 支点部
45 作用点部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
36
38 Differential transformer (displacement measuring device)
44
Claims (15)
試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片と、
前記薄膜試験片の前記試験対象部を除いた少なくとも一部を支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結する連結部とを有していることを特徴とする薄膜試験片構造体。 A thin film specimen structure used for a tensile test,
A thin film test piece provided with a test object part and a load transmission part continuous thereto; and
A support member that supports at least a portion of the thin film test piece excluding the test target portion;
The support member includes a test piece support unit joined to the load transmitting unit, a frame unit arranged around the thin film test unit, and the test piece support unit in a tensile direction with respect to the frame unit. A thin-film test piece structure having a connecting portion connected so as to be relatively displaceable.
腐食可能な材料からなる未エッチング基板の一面側に、試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片を形成する工程と、
前記未エッチング基板の他面側に平面視で前記試験対象部を除いた少なくとも一部に所要形状の防食処理を施す工程と、
前記未エッチング基板に対して他面側からエッチングを行うことにより、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、平面視で前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結する連結部とを有する支持部材を形成する工程とを備えていることを特徴とする薄膜試験片構造体の製造方法。 A method of manufacturing a thin film specimen structure used for a tensile test,
Forming a thin film test piece provided with a test target portion and a load transmission portion continuous therewith on one surface side of an unetched substrate made of a corrosive material;
A step of performing anticorrosion treatment of a required shape on at least a part of the other side of the unetched substrate in plan view excluding the test target part;
Etching the unetched substrate from the other surface side, a test piece support joined to the load transmitting part, a frame part arranged around the thin film test piece in plan view, Forming a support member having a connecting portion that connects the test piece support portion to the frame portion so as to be relatively displaceable in a tensile direction. .
前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第1回目の引張荷重及び変位を計測し、
前記薄膜試験片構造体の前記試験対象部の破断後に、前記第1回目と同一条件にて再び前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第2回目の引張荷重及び変位を計測し、
前記第1回目に計測された引張荷重及び変位から、前記第2回目に計測された引張荷重及び変位をそれぞれ引き算することを特徴とする引張試験方法。 A method for tensile testing the thin film specimen structure according to any one of claims 1 to 8,
Applying a tensile force to the load transmitting part and the test piece support part of the thin film test piece structure, and measuring the first tensile load and displacement,
After breaking the test object part of the thin film test piece structure, a tensile force is again applied to the load transmitting part and the test piece support part under the same conditions as the first time, and a second tensile load and Measuring displacement,
A tensile test method characterized by subtracting the tensile load and displacement measured at the second time from the tensile load and displacement measured at the first time, respectively.
前記薄膜試験片構造体の前記支持部材の前記フレーム部が設置される設置台と、
前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部に引張荷重を伝達する引張荷重伝達部材と、
前記引張荷重伝達部材を移動させるための動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置からの動力を前記引張荷重伝達部材に伝達する動力伝達機構と、
前記引張荷重伝達部材に負荷される荷重を計測する荷重計測装置と、
前記引張荷重伝達部材の変位を計測する変位計測装置とを備えていることを特徴とする引張試験装置。 An apparatus for tensile testing the thin film specimen structure according to any one of claims 1 to 8,
An installation base on which the frame part of the support member of the thin film test piece structure is installed;
A tensile load transmitting member for transmitting a tensile load to the load transmitting portion of the thin film test piece structure;
A driving device for generating power for moving the tensile load transmitting member;
A power transmission mechanism for transmitting power from the driving device to the tensile load transmission member;
A load measuring device for measuring a load applied to the tensile load transmitting member;
A tensile test apparatus comprising: a displacement measuring device that measures the displacement of the tensile load transmitting member.
前記設置台は、複数の平坦な設置面を有する一体品からなり、
前記引張荷重伝達部材の前記基部は、前記設置面を含む平面よりも下方に位置し、
前記引張荷重伝達部材の前記係合突起は、前記設置面を含む平面よりも上方に突出している請求項11又は12に記載の引張試験装置。 The tensile load transmission member has a base and an engagement protrusion that protrudes from the base and is inserted into the engagement hole of the thin-film test piece structure,
The installation table is an integrated product having a plurality of flat installation surfaces,
The base of the tensile load transmission member is located below a plane including the installation surface,
The tensile test apparatus according to claim 11 or 12, wherein the engagement protrusion of the tensile load transmission member protrudes upward from a plane including the installation surface.
前記駆動装置は、前記引張荷重伝達部材の下方に配置され、前記動力伝達機構を介して前記引張荷重伝達部材に接続されている請求項11乃至13のいずれかに記載の引張試験装置。 The tensile load transmission member extends in a direction away from the installation base,
The tensile testing device according to any one of claims 11 to 13, wherein the driving device is disposed below the tensile load transmission member and connected to the tensile load transmission member via the power transmission mechanism.
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