DIN EN 62047-18-2014 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 18 Bend testing methods of thin film materials (IEC 62047-18 2013) German version EN 62047-18 20.pdf

1、April 2014DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 13DIN 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 31

2、.080.01; 31.220.01!%+u“2088294www.din.deDDIN EN 62047-18Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 18: Biegeprfverfahren fr Dnnschichtwerkstoffe(IEC 62047-18:2013);Deutsche Fassung EN 62047-18:2013Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 18: Bend testing methods

3、of thin film materials (IEC 62047-18:2013);German version EN 62047-18:2013Dispositifs semiconducteurs Dispositif microlectromcaniques Partie 18: Mthodes dessai de flexion des matriaux en couche mince(CEI 62047-18:2013);Version allemande EN 62047-18:2013Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag Gmb

4、H, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 15 SeitenDIN EN 62047-18:2014-04 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2013-08-21 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2014-04-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62047-18:2011-06. Fr dieses Dokument ist

5、das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass

6、 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 Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine F

7、olgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bez

8、ug 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 Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber di

9、e 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 Normenwerk aufgenommen. Eine Liste aller Teile der Normenreihe IEC 62047 Semiconductor devices Micro-electromechanical devices, ist auf der

10、IEC-Website (www.iec.ch) einzusehen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-18 September 2013 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 18: Biegeprfverfahren fr Dnnschichtwerkstoffe (IEC 62047-18:2013) Semiconductor devices Micro

11、-electromechanical devices Part 18: Bend testing methods of thin film materials (IEC 62047-18:2013) Dispositifs semiconducteurs Dispositif microlectromcaniques Partie 18: Mthodes dessai de flexion des matriaux en couche mince (CEI 62047-18:2013) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2013-08-21

12、angenommen. CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit

13、 ihren bibliographischen Angaben sind beim CEN-CENELEC Management Centre oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigene

14、r Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem CEN-CENELEC Management Centre mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, der ehe

15、maligen jugoslawischen Republik Mazedonien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen

16、 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 Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2013 CENELEC Alle Re

17、chte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-18:2013 DDIN EN 62047-18:2014-04 EN 62047-18:2013 Vorwort Der Text des Dokuments 47F/155/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 62047-18, erarbeitet vom SC 47F M

18、icroelectromechanical systems“ des IEC/TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-18:2013 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem dieses Dokument auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer id

19、entischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2014-05-21 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die diesem Dokument entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2016-08-21 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte

20、 berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-18:2013 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-18:201

21、4-04 EN 62047-18:2013 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verweisungen.4 3 Symbole und Bezeichnungen 4 4 Mikroprobe .5 4.1 Ausfhrung der Mikroprobe5 4.2 Vorbereiten der Mikroprobe .5 4.3 Breite und Dicke der Mikroprobe6 4.4 Lagerung vor der Prfung 6 5 Durchfhrung der Prfung6 5.1

22、 Allgemeines6 5.2 Verfahren zum Befestigen der Mikroprobe 8 5.3 Beanspruchungsverfahren.8 5.4 Beanspruchungsgeschwindigkeit.8 5.5 Messung der Auslenkung.8 5.6 Umgebungsbedingungen whrend der Prfung 8 5.7 Datenanalyse .8 5.8 Werkstoffe fr Mikroproben9 6 Prfbericht9 Anhang A (informativ) Hinweise zur

23、Kontaktflche zwischen Mikroprobe und Substrat 10 Anhang B (informativ) Hinweise zum Verhltnis zwischen Kraft und Auslenkung11 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen13 Bilder Bild 1 Prinzipdarstellung einer Mikro

24、probe mit Substrat .5 Bild 2 Messverfahren.7 Bild A.1 Abschlusswinkel einer Substratkontaktflche mit der Mikroprobe.10 Bild B.1 Cantilever-Mikroprobe aus metallischem Glas nach IEC 62047-1811 Bild B.2 Typisches Beispiel der Beziehung zwischen Kraft und Auslenkung .12 Tabellen Tabelle 1 Symbole und B

25、ezeichnungen fr die Mikroprobe4 3 DIN EN 62047-18:2014-04 EN 62047-18:2013 1 Anwendungsbereich Der vorliegende Teil von IEC 62047 legt das Biegeprfverfahren fr Dnnschichtwerkstoffe mit einer Lnge und einer Breite von jeweils unter 1 mm und einer Dicke im Bereich von 0,1 m bis 10 m fest. Dnn-schichtw

26、erkstoffe werden als strukturelle Hauptwerkstoffe fr mikro-elektromechanische Systeme (im vorlie-genden Dokument mit MEMS abgekrzt) und Mikrobauteile verwendet. Die strukturellen Hauptwerkstoffe fr MEMS, Mikrobauteile usw. besitzen besondere Eigenschaften wie Mae im Mikrometerbereich, Herstellungsve

27、rfahren des Werkstoffs mittels Dampfabscheidung und Fotolitho-grafie und/oder nichtmechanische Bearbeitung von Mikroproben. Die vorliegende Internationale Norm legt die Biegeprfung und die Form des Prflings als oberflchenpolierten cantileverfrmigen Prfling mit Abmes-sungen im Mikrometerbereich fest,

28、 die eine Genauigkeit ermglicht, welche den besonderen Eigenschaften entspricht. 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 ge

29、nommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-6, 2009, Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 6: Axial fatigue testing methods of thin film materials 3 Symbole und Bezeichnungen I

30、n Tabelle 1 werden die Symbole mit den dazugehrigen Bezeichnungen angegeben. Tabelle 1 Symbole und Bezeichnungen fr die Mikroprobe Symbol Einheit Bezeichnung W m Breite der Mikroprobe L m Lnge der Mikroprobe S m Dicke der Mikroprobe LPA, LPB, LPC m Abstand zwischen dem Lastangriffspunkt A, B bzw. C

31、und dem Ansatzpunkt der Mikroprobe P N Kraft m Auslenkung Iz (m)4 Flchentrgheitsmoment E MPa Elastizittsmodul des Cantilever-Werkstoffs Das nachfolgende Bild 1 zeigt eine typische Form einer cantileverfrmigen Mikroprobe. 4 DIN EN 62047-18:2014-04 EN 62047-18:2013 Legende 1 Draufsicht 3 Substrat 2 Se

32、itenansicht 4 Mikroprobe Bild 1 Prinzipdarstellung einer Mikroprobe mit Substrat 4 Mikroprobe 4.1 Ausfhrung der Mikroprobe Die Mikroproben haben die Form eines Freitrgers (cantilever beam), wie in Bild 1 dargestellt, und ihre Quer-schnittsform muss fr die leichte Berechnung des Flchentrgheitsmoments

33、 einfach sein. Der Querschnitt der Mikroprobe sollte z. B. rechteckig oder trapezfrmig sein. Die Beziehung zwischen der Lnge (L) des Gleichmabereichs der Mikroprobe, der Breite (W) und der Dicke (S) sollte 10 L/W 5 bzw. 100 L/S 10 betragen. Das eingespannte Ende der Mikroprobe muss innerhalb eines S

34、ubstrats angeordnet werden, wie in Bild 1 dargestellt. Es ist wichtig, dass an der Kontaktstelle zwischen Mikroprobe und Substrat Spannungskonzen-trationen vermieden werden, welche plastische Verformungen und/oder einen Bruch an der Kontaktstelle des Ansatzpunkts der Mikroprobe mit dem Substrat veru

35、rsachen (siehe Anhang A). Falls eine andere Form der Mikroprobe verwendet wird, bei der das elastische Verformungsverhalten nicht Gleichung (1) entspricht, mssen diese andere Form der Mikroprobe und die fr Gleichung (1) zu verwendende Gleichung aufge-zeichnet werden. Um die Beeinflussung durch die G

36、re auf ein Mindestma zu beschrnken, sollten die Mae der Mikro-probe annhernd den Maen des vorgesehenen Bauelements entsprechen. 4.2 Vorbereiten der Mikroprobe Die Mikroprobe sollte mit dem gleichen Fertigungsverfahren hergestellt werden, mit dem der Dnnschicht-werkstoff auf das betreffende Bauelemen

37、t aufgebracht wird, weil die mechanischen Eigenschaften von den Fertigungsverfahren abhngen. Auerdem muss die Mikroprobe nach den in IEC 62047-6:2009, 4.2 Vorbe-reiten der Mikroprobe“, festgelegten Verfahren hergestellt werden. Das Verfahren zur Substratentfernung sollte sorgfltig ausgewhlt werden,

38、um eine Beschdigung des Auflageteils des Substrats (siehe Anhang A) sowie des Auflageteils der Mikroprobe zu verhindern. Die Dnnschicht, die eine innere Spannungsverteilung entlang der Dicke aufweist, kann nicht geprft werden, da sie sich nach dem Ablsen vom Substrat verwindet. 5 DIN EN 62047-18:201

39、4-04 EN 62047-18:2013 4.3 Breite und Dicke der Mikroprobe Die Breite und die Dicke jeder Mikroprobe sind zu messen, da die Schichtdicke ber einem Wafer in der Regel nicht gleichmig ist. Sowohl Breite als auch Dicke entlang des Gleichmabereichs der Mikroprobe sind innerhalb eines Genauigkeitsbereichs

40、 von 1 % bis 5 % anzugeben. Jede Mikroprobe sollte direkt vermessen werden (siehe IEC 62047-6:2009, 4.3 Dicke der Mikroprobe“). 4.4 Lagerung vor der Prfung Bei Dnnschichten kann die Lagerungsumgebung Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben (siehe IEC 62047-6:2009, 4.4 Lagerung vor dem

41、Prfen“). 5 Durchfhrung der Prfung 5.1 Allgemeines Die verwendete Prfeinrichtung umfasst Funktionsmerkmale, mit denen Auslenkung, Beanspruchung und Positionierung mglich sind, und sie sollte mit einer Messeinrichtung fr die Kraft und die Auslenkung ausgerstet sein. Zur Messung wird unter Verwendung e

42、ines kugel- oder messerfrmigen Druckstempels die Belastung auf einen Punkt der Cantilever-Mikroprobe ausgebt, wie es in Bild 2 a) und b) dargestellt ist, und die Positionen der Lastangriffspunkte (A, B oder C) der Mikroproben sollten, wie in Bild 2 a) gezeigt, mit der Beziehung zwischen der Kraft (P

43、) und der Auslenkung () der Cantilever-Probe nach Bild 2 c) aufgezeichnet werden. Der Lastangriffspunkt ber dem Gleichmabereich der Mikroprobe muss innerhalb eines Genauigkeitsbereichs von 1 % der Lnge der Mikroprobe angegeben werden. Der Radius der Messerschneide betrgt 5 m, und die Geradheit muss

44、innerhalb einer Genauigkeit von 1 % bezogen auf die Lnge der Mikroprobe liegen. Bezogen auf die Lngsausrichtung der Messerschneide muss der Winkel zur Probenoberflche 2 und zur Lngsausrichtung der Probe 4 sein. Diese Daten sind zu messen und aufzuzeichnen. 6 DIN EN 62047-18:2014-04 EN 62047-18:2013

45、a) Cantilever-Mikroprobe mit Lastangriffspunkt b) Cantilever-Mikroprobe mit Druckstempel c) Beziehung zwischen Kraft und Auslenkung Legende 1 Lastangriffspunkt bei A, B oder C 3 Mikroprobe 2 Substrat 4 kugelfrmiger Druckstempel Bild 2 Messverfahren 7 DIN EN 62047-18:2014-04 EN 62047-18:2013 5.2 Verf

46、ahren zum Befestigen der Mikroprobe Ein Substrat mit den Mikroproben ist so in der Prfeinrichtung zu montieren, dass die Beanspruchungsachse und die Oberflche der Mikroproben rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Die Befestigung der Mikro-proben an den Substraten und Prfeinrichtungen muss die f

47、olgenden Anforderungen erfllen: a) Die Mikroproben sind sicher auf dem Substrat zu befestigen und drfen sich whrend der Prfung nicht bewegen. Das Substrat sollte fest an der Halterung der Prfeinrichtung, deren Steifigkeit grer ist als die des Substrats, angebracht werden. b) Whrend der Prfung sollte

48、 das Substrat der Mikroprobe fixiert sein, und die Richtung der Beanspruch-ungsachse der Prfeinrichtung sollte innerhalb von 5 rechtwinklig zur Substratoberflche verlaufen. 5.3 Beanspruchungsverfahren Der Kontaktpunkt des kugelfrmigen Teils des Druckstempels, mit dem auf die Mikroproben gedrckt wird

49、, sollte einer Kugelform nach Bild 2 b) oder einer Messerschneide entsprechen. Falls der Durchmesser der Kugelform sehr viel kleiner ist als die Dicke (S) und die Breite (W) der Mikroproben, sollte die Last vorsichtig aufgebracht werden, um schwerwiegende lokale Verformungen und einen Bruch am Kontaktpunkt zwischen Mikrop