DIN EN 62047-21-2015 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 21 Test method for Poisson-s ratio of thin film MEMS materials (IEC 62047-21 2014) German versio.pdf

1、April 2015DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in 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!%?b“2286392www.din.deDDIN EN 62047-21Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 21: Prfverfahren zur Querkontraktionszahl vonDnnschichtwerkstoffen der Mikrosystemtechnik (IEC 62047-21:2014);Deutsche Fassung EN 62047-21:2014Semiconductor devices Micro-electromech

3、anical devices Part 21: Test method for Poissons ratio of thin film MEMS materials (IEC 62047-21:2014);German version EN 62047-21:2014Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 21: Mthode dessai relative au coefficient de Poisson des matriaux MEMS encouche mince (CEI 62047-2

4、1:2014);Version allemande EN 62047-21:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN EN 62047-21:2015-04 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2014-07-24 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2015-04-01. Nationales

5、Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62047-21:2012-11. Fr dieses Dokument ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom

6、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 Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entspr

7、echend 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 Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein

8、 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 Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprec

9、henden 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 Normenwerk aufgenommen. Das Original-Dokument enthl

10、t Bilder in Farbe, die in der Papierversion in einer Graustufen-Darstellung wiedergegeben werden. Elektronische Versionen dieses Dokuments enthalten die Bilder in der originalen Farbdarstellung. EN 62047-21 September 2014 EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.99 Deutsche Fassu

11、ng Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 21: Prfverfahren zur Querkontraktionszahl von Dnnschichtwerkstoffen der Mikrosystemtechnik (IEC 62047-21:2014) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 21: Test method for Poissons ratio of thin film MEMS materials (I

12、EC 62047-21:2014) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 21: Mthode dessai relative au coefficient de Poisson des matriaux MEMS en couche mince (CEI 62047-21:2014) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2014-07-24 angenommen. CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN

13、/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 ihren bibliographischen Angaben sind beim CEN-CENELE

14、C 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 eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprac

15、he 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 ehemaligen jugoslawischen Republik Mazedonien, Estland,

16、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 Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigrei

17、ch und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2014 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Fo

18、rm und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-21:2014 DDIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 Vorwort Der Text des Dokuments 47F/185/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 62047-21, erarbeitet vom SC 47F Microelectromechanical systems“ des IEC/TC

19、 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-21:2014 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem dieses Dokument auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Aner

20、kennung bernommen werden muss (dop): 2015-04-24 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die diesem Dokument entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2017-07-24 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind

21、 nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-21:2014 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 Inhalt SeiteVorwort

22、 .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verweisungen.4 3 Begriffe, Symbole und Bezeichnungen4 3.1 Begriffe.4 3.2 Symbole und Bezeichnungen 4 4 Probe5 4.1 Allgemeines5 4.2 Form der Mikroprobe6 4.3 Messung der Mae 6 5 Prfverfahren und Prfeinrichtung .6 5.1 Grundlagen des Prfverfahrens.6 5.2 Prfeinrichtu

23、ng .6 5.3 Prfdurchfhrung .7 5.4 Umgebungs-Prfbedingungen .7 6 Prfdokumentation .7 Anhang A (informativ) Beispiel einer Messung der Querkontraktionszahl bei Verwendung einer Typ-1-Probe .9 A.1 Herstellung der Probe 9 A.2 Mae der Probe .9 A.3 Prfbeanspruchungen9 A.4 Messergebnisse .10 Anhang B (inform

24、ativ) Messdatenanalyse fr eine Typ-2-Probe 11 B.1 Allgemeines11 B.2 Ermittlung von Spannung und Dehnung in kreis- und rechteckfrmigen Membranen 11 B.3 Berechnung der Querkontraktionszahl 12 Literaturhinweise 13 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren en

25、tsprechenden europischen Publikationen14 Bilder Bild 1 Zwei Typen von Proben zur Messung der Querkontraktionszahl .5 Bild A.1 Optische Bildaufnahmen von Markierungen zur Dehnungsmessung mithilfe von DIC.9 Bild A.2 Kurvendarstellungen von Kraft und Dehnung in Lngs- und Querrichtung.10 Tabellen Tabell

26、e 1 Symbole und Bezeichnungen einer Probe5 3 DIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Querkontraktionszahl (Poissonzahl) auf der Grundlage von Messwerten festgelegt, die erhalten werden, wenn einachsige (uniaxiale)

27、 und zweiachsige (biaxiale) Beanspruchungen auf Dnnschichtwerkstoffe der Mikrosystemtechnik mit Lngen sowie Breiten kleiner als 10 mm und Dicken kleiner als 10 m ausgebt werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr

28、 die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-8:2011, Semiconductor devices Micro-electromechanical de

29、vices Part 8: Strip bending test method for tensile property measurement of thin films ASTM E 132-04:2010, Standard test method for Poissons ratio at room temperature 3 Begriffe, Symbole und Bezeichnungen 3.1 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1.1 Querkontrak

30、tionszahl Poissonzahl Verhltnis von Querdehnung, multipliziert mit (1), zur dazugehrigen Lngsdehnung, welche bei einer gleichfrmig verteilten Zugspannungs-Beanspruchung in Lngsrichtung unterhalb der Elastizittsgrenze (Proportionalittsgrenze) des Werkstoffs entstehen, formelmig ausgedrckt als t/l, da

31、bei ist tdie Quer-dehnung und ldie Lngsdehnung 3.2 Symbole und Bezeichnungen Symbole und Bezeichnungen zu den beiden Typen (Bauarten) der Probe (Prfkrper) sind in Bild 1 und Tabelle 1 angegeben. 4 DIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 a) Typ-1-Probe fr uniaxiale Zug-Prfeinrichtungen b) Typ-2-Prob

32、e fr Membran-Bulge-Prfeinrichtungen Bild 1 Zwei Typen von Proben zur Messung der Querkontraktionszahl Tabelle 1 Symbole und Bezeichnungen einer Probe Symbol Einheit Bezeichnung l1m Bezugslnge fr Messung der Lngsdehnung l2m Bezugslnge fr Messung der Querdehnung b m Breite der Probe L m Gesamtlnge (de

33、s Gleichmabereiches) R m Kehlradius der Probe m1m Lnge einer rechteckigen Membran m2m Breite einer rechteckigen Membran m3m Durchmesser einer kreisfrmigen Membran h m Dicke der Membran 4 Probe 4.1 Allgemeines Die Probe sollte mithilfe eines Herstellungsverfahrens prpariert werden, das hnlich zur Her

34、stellung der realen Bauelemente ist. Die Probe sollte Abmessungen in der gleichen Grenordnung wie die der Original-bauelemente haben, um die Auswirkungen grenabhngiger Eigenschaften zu minimieren. Fr das Herstel-lungsverfahren ist ein Beispiel in IEC 62047-8 angefhrt. Der Gradient der Eigenspannung

35、in Richtung der Dicke sollte mittels einer Temperung (Annealing) minimiert werden, wobei aber das Tempern vermieden werden sollte, wenn Elastizittsmodul (Young-Modul) und Querkontraktionszahl der Probe beeinflusst werden knnen. Entsprechend dieser Norm werden zwei Typen von Proben verwendet, die in

36、4.2 und 4.3 beschrie-ben werden. 5 DIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 4.2 Form der Mikroprobe In dieser Norm sind zwei Typen von Proben festgelegt. Die Typ-1-Probe hat eine hnliche Form wie die einer Zugprobe (Bild 1 a), whrend die Typ-2-Probe zwei Membranen hat (Bild 1 b). Bei der Typ-1-Probe

37、 mssen zwei Paar Messmarkierungen (Bezugslngen) aufgebracht werden, um sowohl die Lngs- als auch Quer-dehnung zu bestimmen. Mithilfe der Messungen von Lngs- und Querdehnung wird die Querkontraktionszahl entsprechend t/lin 3.1 ermittelt. Falls eine Faltenbildung der Probe whrend der Zugbeanspruchung

38、infolge der Druckdehnung in Querrichtung auftritt, kann eine unerwnschte Verformung auerhalb der Bean-spruchungsebene zu einem Fehler bei der optischen Messung fhren, womit die optische Messung der Quer-dehnung zweifelhaft wird. In diesem Fall sollte eine Typ-2-Probe anstelle der Typ-1-Probe verwend

39、et werden. Die Typ-2-Probe enthlt eine kreis- und eine rechteckfrmige Membran. Die maximalen Auslenkungen der beiden Membranen werden gleichzeitig bei einer festgelegten Druckbeanspruchung gemessen. Der Druck, der jeweils auf die beiden Membranen ausgebt wird, sollte gleich sein. Die Auslenkung auer

40、halb der Probenebene sollte unter Verwendung einer optischen Technik oder der Atomkraftmikroskopie (AFM) (en: atomic force microscopy) gemessen werden, um die mechanischen Strungen hinsichtlich der Probe zu minimieren. Fr die rechteckige Membran sollte das Verhltnis von Lnge zur Breite (m1/m2) grer

41、als 4 sein. 4.3 Messung der Mae Fr die Analyse der Messergebnisse ist genaues Messen der Probenmae erforderlich, da die Mae verwen-det werden, die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs der Probe zu bestimmen. Bei der Typ-1-Probe mssen die Lngs- und die Quer-Messlnge l1und l2, die Breite b und di

42、e Dicke h mit einer Messabweichung kleiner als 5 % gemessen werden. Bei der Typ-2-Probe muss die Breite m2der rechteckigen Membran, der Durchmesser m3der kreisfrmigen Membran sowie die Dicke h der Dnnschicht mit einer Messabweichung kleiner als 5 % gemessen werden. 5 Prfverfahren und Prfeinrichtung

43、5.1 Grundlagen des Prfverfahrens Bei einer Typ-1-Probe wird die Prfbeanspruchung ber eine Zugkraft auf die Probe ausgebt. Die Lngs- und Querdehnung, die durch die Zugbeanspruchung erzeugt werden, sollten ber einen vorher festgelegten Messabschnitt im elastischen Bereich der Probe gleichfrmig sein. L

44、ngs- und Querdehnung sollten gleich-zeitig gemessen werden, wobei die Zeitverzgerung zwischen ihnen kleiner als 1/100 des Samplingintervalls der Messungen sein sollte. Es ist schwierig, die Querdehnung zu messen, falls eine Faltenbildung in der Probe auftritt. In diesem Fall sollte die Querkontrakti

45、onszahl unter Verwendung einer Typ-2-Probe gemessen werden. Bei einer Typ-2-Probe wird die Prfbeanspruchung durch die Belastung mit Druckluft auf die Probe ausgebt. Sowohl die kreisfrmige als auch die rechteckige Membran sollten mit dem gleichen Druck bean-sprucht werden. Die Auslenkungen der beiden

46、 Membranen sollten gleichzeitig gemessen werden, wobei die Zeitverzgerung zwischen ihnen kleiner als 1/100 des Samplingintervalls der Messungen sein sollte. 5.2 Prfeinrichtung Die Prfeinrichtung fr eine Typ-1-Probe ist hnlich der einer konventionellen Zug-Prfeinrichtung bis auf die Tatsache, dass si

47、e in der Lage ist, die Querdehnung zu messen. Da die Probe sehr dnn ist, mssen die Lngs- und Querdehnungen unter Verwendung optischer Verfahren wie Laser-Interferometrie oder digitaler Bildkorrelation (DIC) (en: digital image correlation) gemessen werden. Die Prfeinrichtung fr eine Typ-2-Probe beste

48、ht aus einem Druckluftkompressor, einer Druckluft-Regeleinrichtung, einem Drucksensor und einem Messwegesensor zum Messen der nichtebenen Auslenkungen. 6 DIN EN 62047-21:2015-04 EN 62047-21:2014 5.3 Prfdurchfhrung 5.3.1 Prfdurchfhrung fr Typ-1-Proben a) Die Probe ist unter Verwendung der Zug-Probeha

49、lterung einzuspannen. Die Lngsrichtung der Probe muss mit der Bewegungsrichtung der Prfeinrichtung bereinstimmen, und der Abweichungswinkel muss kleiner als 1 sein, so wie in 4.4 von IEC 62047-8:2011 festgelegt. b) Die Dehnungs-Messeinrichtung fr die Lngs- und Querdehnung ist zu berprfen. Diese Dehnungs-gr