DIN EN 62047-13-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 13 Bend- and shear- type test methods of measuring adhesive strength for MEMS structures (IEC 62.pdf

1、Oktober 2012DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS

2、31.220.01; 31.080.01!$r“1902779www.din.deDDIN EN 62047-13Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 13: Biege- und Scherprfverfahren zur Messung der Haftfestigkeitbei MEMS-Strukturen (IEC 62047-13:2012);Deutsche Fassung EN 62047-13:2012Semiconductor devices Micro-electromechanical

3、 devices Part 13: Bend- and shear- type test methods of measuring adhesive strength for MEMSstructures (IEC 62047-13:2012);German version EN 62047-13:2012Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 13: Mthodes dessais de types courbure et cisaillement de mesure de larsistance

4、 dadhrence pour les structures MEMS (CEI 62047-13:2012);Version allemande EN 62047-13:2012Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN EN 62047-13:2012-10 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2012-04-03 angenommene Europisc

5、he Norm als DIN-Norm ist 2012-10-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-13:2010-05. Fr dieses Dokument ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zu

6、stndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikati

7、on angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hin

8、weis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Z

9、usammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche No

10、rmenwerk aufgenommen. EN 62047-13 April 2012 EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 13: Biege- und Scherprfverfahren zur Messung der Haftfestigkeit bei MEMS-Strukturen (IEC 62047-13:2012) Semicond

11、uctor devices Micro-electromechanical devices Part 13: Bend- and shear- type test methods of measuring adhesive strength for MEMS structures (IEC 62047-13:2012) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 13: Mthodes dessais de types courbure et cisaillement de mesure de la r

12、sistance dadhrence pour les structures MEMS (CEI 62047-13:2012) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2012-04-03 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nd

13、erung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (

14、Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder s

15、ind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, de

16、r Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Av

17、enue Marnix 17, B-1000 Brssel 2012 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-13:2012 DDIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 Vorwort Der Text des Dokuments 47F/109/FDIS, zuknftige 1.

18、 Ausgabe der IEC 62047-13, erarbeitet vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-13:2012 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf natio

19、naler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2013-01-03 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2015-04-03 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Eleme

20、nte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-13:2012 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm

21、angenommen. 2 DIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verweisungen .4 3 Begriffe .4 4 Prfdurchfhrung5 4.1 Allgemeines5 4.2 Datenanalyse .6 5 Prfeinrichtung .7 5.1 Allgemeines7 5.2 Aktor .7 5.3 Sensor zur Kraftmessung.7 5.4 Positioniersystem .

22、8 5.5 Aufzeichnungseinrichtung8 6 Mikroproben .8 6.1 Entwurf der Mikroproben8 6.2 Prparation der Mikroproben .8 7 Prfbedingungen8 7.1 Verfahren zum Befestigen der Probe.8 7.2 Beanspruchungsgeschwindigkeit.8 7.3 Positionierung der Mikroprobe .9 7.4 Prfumgebung9 8 Prfbericht10 Anhang A (informativ) Te

23、chnische Grundlagen 11 A.1 Beschreibung von in Deutschland und Japan durchgefhrten Ringversuchen .11 A.2 Auswirkungen des Aspektverhltnisses der zylinderfrmigen Mikroprobe auf die Haftfestigkeit unter Biegebeanspruchungen12 A.3 Auswirkungen des Schneidkantenwinkels der Lasteinrichtung auf die Biege-

24、Haftfestigkeit beim Biegebeanspruchungsverfahren .13 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen15 Bilder Bild 1 Zylinderfrmige Mikroprobe.5 Bild 2 Haftfestigkeitsprfverfahren 6 Bild 3 Positionierung zwischen zylinde

25、rfrmiger Mikroprobe und Lasteinrichtung .9 Bild A.1 Beispiel von Ringversuchsergebnissen (siehe 1)12 Bild A.2 Auswirkungen des Aspektverhltnisses der zylinderfrmigen Mikroprobe auf die Spannungsbedingung beim Biegebeanspruchungsverfahren (siehe 2)13 Bild A.3 Auswirkungen des Schneidkantenwinkels der

26、 Lasteinrichtung und des Aspektverhltnisses der zylinderfrmigen Mikroprobe auf die Spannungsbedingung beim Biegebeanspruchungsverfahren 13 3 DIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 ist ein Prfverfahren zur Haftfestigkeit zwischen Strukturelementen im

27、 Mikrometerbereich und einem Substrat festgelegt, bei dem zylinderfrmige Mikroproben verwendet werden. Dieses Dokument kann zur Messung der Haftfestigkeit von auf Substraten prparierten Mikrostrukturen mit Strukturbreiten bzw. -dicken von 1 m bis 1 mm angewendet werden. Strukturelemente im Mikromete

28、rbereich von Mikrosystembauteilen (MEMS; en: micro-electromechanical system) werden auf laminierten feinstrukturierten Schichten aufgebaut, wobei diese Schichten mittels Dampfphasenabscheidung, galvanischer Metallisierung und/oder fotolithografischer Beschichtung hergestellt wurden. MEMS-Bauteile ha

29、ben eine groe Anzahl von Grenzschichten (Interfaces) zwischen unter-schiedlichen Werkstoffen, bei denen whrend der Herstellung oder im Betrieb gelegentlich Delaminationen auftreten. Die Werkstoffkombinationen an den Grenzschichten bestimmen die Haftfestigkeit; berdies haben Defekte und mechanische R

30、estspannungen in der Nachbarschaft der Grenzschicht, die von den Prozess-bedingungen abhngig sind, starke Auswirkungen auf die Haftfestigkeit. In diesem Dokument ist ein Prf-verfahren zur Haftfestigkeit von Strukturelementen im Mikrometerbereich festgelegt, um optimale Werkstoffe und Prozessbedingun

31、gen fr MEMS-Bauteile auszuwhlen. Entsprechend diesem Dokument gibt es keine Einschrnkungen hinsichtlich des Proben-Werkstoffs, der Probengre und der Leistungsfhigkeit der Prfeinrichtung, da Werkstoffe und Gren von MEMS-Bauteilen stark differieren und die Prfeinrichtungen fr Werkstoffe im Mikrometerb

32、ereich nicht allgemein festgelegt sind. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisu

33、ngen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-2:2006, Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 2: Tensile testing method of thin materials 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokumentes gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Bi

34、ege-Haftfestigkeit Nennwert der Haftfestigkeit beim Ausfall (Bruch) einer Haftflche bei Biegebeanspruchung 3.2 Scher-Haftfestigkeit Nennwert der Haftfestigkeit beim Ausfall (Bruch) einer Haftflche bei Scherbeanspruchung 4 DIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 Legende Probenanordnung und Proben Pr

35、obenmae 1 Draufsicht D Durchmesser der zylinderfrmigen Probe 2 Seitenansicht lc Lnge der zylinderfrmigen Probe 3 zylinderfrmige Probe lc/D Aspektverhltnis der zylinderfrmigen Probe 4 Substrat T Dicke des Substrats S Abstand zwischen den Mikroproben Bild 1 Zylinderfrmige Mikroprobe 4 Prfdurchfhrung 4

36、.1 Allgemeines In diesem Dokument sind Prfverfahren zur Haftfestigkeit zwischen einer zylinderfrmigen Mikroprobe (siehe Bild 1) und einem Substrat festgelegt. Es wird eine Verschiebung (Versetzung) oder Beanspruchungskraft (Last) auf die zylinderfrmige Mikroprobe bei konstanter Beanspruchungsgeschwi

37、ndigkeit ausgebt, wobei die Delaminationskraft gemessen wird, um die Haftfestigkeit zwischen zylinderfrmiger Mikroprobe und Substrat zu analysieren. Ein messerfrmiges Werkzeug mit abgerundeter Schneide wird als Lasteinrichtung verwendet, um die Kraft (Last) auf die zylinderfrmige Mikroprobe auszuben

38、. Der Winkel der Schneidkante wird zum Messen der Haftfestigkeit entsprechend dem Beanspruchungsmodus wie folgt gendert. Falls die Biege-Haftfestigkeit ber das Anwenden der Biegekraft am Ende der zylinderfrmigen Mikroprobe gemessen wird (Biegemodus), wird die Messerschneide als Biegewerkzeug verwend

39、et, indem die Werkzeug-spitze am oberen Rand schrg gegen die Mikroprobe gestellt wird, so wie in Bild 2a gezeigt. In diesem Fall ist es leichter, das Biegewerkzeug und die Mikroprobe auszurichten, da die Beanspruchungskraft am Ende der zylinderfrmigen Mikroprobe in Art einer punktfrmigen Kraftwirkun

40、g angewendet wird. Es sollte beachtet werden, dass beim Biegemodus keine ausschlieliche Biegebeanspruchung ausgebt wird, da eine Druckbe-anspruchung auf die Probe am Zylinderfu auftritt. Die Druckkomponente auf die Mikroprobe nimmt in dem Mae zu, wie der Kontaktwinkel der Messerschneide vergrert wir

41、d. Um die Druckwirkung auf die Mikro-probe zu minimieren, sollte der Kontaktwinkel (b) der Messerschneide im Bereich von 10 bis 20 liegen. 5 DIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 Falls die Scher-Haftfestigkeit ber die Auswirkung einer Scherkraft auf die Lngsachse der zylinderfrmigen Mikroprobe ge

42、messen wird (Schermodus), wird eine linienfrmige Kraft auf die Mikroprobe ausgebt, indem das Scherwerkzeug parallel zur Lngsachse des Zylinders positioniert wird, so wie in Bild 2b gezeigt. In diesem Fall sollte die Prfeinrichtung ein Przisionspositioniersystem besitzen, mit der die Messerschneide p

43、arallel zur Lngsseite des Zylinders ausgerichtet werden kann. Alternativ ist es mglich, die Messerschneide des Schwerwerkzeugs so anzusetzen, dass die Messerspitze schrg gegen die Mikroprobe, so wie in Bild 2b gezeigt, gestellt wird, um die Wirkung der Biegebeanspruchung (siehe Abschnitt A.2) zu min

44、imieren. Der Anstellwinkel (s) sollte im Bereich von 0 bis 15 liegen. Es sollte beachtet werden, dass die Prfergebnisse der Biegebeanspruchung durch das Aspektverhltnis (lc/D) beeinflusst werden, falls das Aspektverhltnis kleiner als 1,2 ist. Siehe Abschnitt A.2. Auerdem sollten bei der Biegebeanspr

45、uchung keine zylinderfrmigen Mikroproben mit einem Aspektverhltnis kleiner als 0,5 verwendet werden, da dann die Wirkungen des Aspektverhltnisses auf die Scher- und Druckbeanspruchungen einer Haftflche deutlich zunehmen, wenn das Aspektverhltnis verkleinert wird. Siehe Abschnitte A.2 und A.3. Bild 2

46、a Biegemodus-Beanspruchung Bild 2b Schermodus-Beanspruchung ANMERKUNG In diesem Bild werden zwei Modi des Prfverfahrens zur Messung der Haftfestigkeit zwischen einer zylinderfrmigen Mikroprobe und einem Substrat dargestellt. Legende Prfaufbau und Proben Prfkenngren und Probenmae 1 zylinderfrmige Mik

47、roprobe F belastende Kraft, bereitgestellt von einem Aktor 2 Substrat lp Abstand zwischen Lasteinrichtung und Substrat 3 Schneidkante der Lasteinrichtung ltAbstand zwischen der Spitze der Lasteinrichtung und dem Substrat b Winkel zwischen der Lngsseite der Zylinderprobe und der Kontaktseite der Mess

48、erschneide der Lasteinrichtung bei Biegebeanspruchung S Winkel zwischen der Lngsseite der Zylinderprobe und der Kontaktseite der Messerschneide der Lasteinrichtung bei Scherbeanspruchung Bild 2 Haftfestigkeitsprfverfahren 4.2 Datenanalyse Bei Haftfestigkeitsprfungen nach dem Biegemodus wird die Bieg

49、e-Haftfestigkeit entsprechend Gleichung (1) berechnet. 6 DIN EN 62047-13:2012-10 EN 62047-13:2012 max paa33232Flmaxc3M FlZ = =DD(1) Dabei ist adie Biege-Haftfestigkeit; Z das (querschnittsabhngige) Widerstandsmoment der zylinderfrmigen Mikroprobe; Madas Biegemoment zum Zeitpunkt der Delamination; Fmaxdie hchste Kraft zum Zeitpu