DIN EN 62047-10-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 10 Micro-pillar compression test for MEMS materials (IEC 62047-10 2011) German version EN 62047-.pdf

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1、Mrz 2012DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 12DIN 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 31.0

2、80.01; 31.220.01!$y-“1861092www.din.deDDIN EN 62047-10Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 10: Druckprfverfahren an zylinderfrmigen Mikroproben frWerkstoffe der Mikrosystemtechnik (IEC 62047-10:2011);Deutsche Fassung EN 62047-10:2011Semiconductor devices Micro-electromechani

3、cal devices Part 10: Micro-pillar compression test for MEMS materials (IEC 62047-10:2011);German version EN 62047-10:2011Dispositifs semiconducteur Dispositifs microlectromcaniques Partie 10: Essai de compression utilisant la technique des micro-piliers pour les matriauxdes MEMS (CEI 62047-10:2011);

4、Version allemande EN 62047-10:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 13 SeitenDIN EN 62047-10:2012-03 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-08-30 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2012-03-01. Nationales Vorwort

5、Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-10:2010-05. Fr diese Norm ist 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

6、-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 entsprechend der E

7、ntscheidung 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 Bild usw.)

8、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 entsprechenden Deuts

9、chen 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. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME

10、 EUROPENNE EN 62047-10 September 2011 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 10: Druckprfverfahren an zylinderfrmigen Mikroproben fr Werkstoffe der Mikrosystemtechnik (IEC 62047-10:2011) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part

11、10: Micro-pillar compression test for MEMS materials (IEC 62047-10:2011) Dispositifs semiconducteur Dispositifs microlectromcaniques Partie 10: Essai de compression utilisant la technique des micro-piliers pour les matriaux des MEMS (CEI 62047-10:2011) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2011

12、-08-30 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 nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen

13、 Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat 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 Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland,

15、 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, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENEL

16、EC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2011 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, si

17、nd weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-10:2011 DDIN EN 62047-10:2012-03 EN 62047-10:2011 2 Vorwort Der Text des Dokumentes 47F/85/FDIS, zuknftige Ausgabe 1 der IEC 62047-10, erarbeitet durch SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“

18、wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-10:2011 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop):

19、2012-05-30 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-08-30 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle dies

20、bezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-10:2011 wurde vom CENELEC ohne irgendeine Abnderung als eine Europische Norm angenommen. DIN EN 62047-10:2012-03 EN 62047-10:2011 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verwei

21、sungen .4 3 Symbole und Benennungen.4 4 Mikroprobe .5 4.1 Allgemeines5 4.2 Form der Mikroprobe5 4.3 Messung der Mae 5 5 Prfdurchfhrung und Prfeinrichtung .6 5.1 Prfprinzip 6 5.2 Prfeinrichtung .6 5.3 Prfdurchfhrung7 5.4 Prfklima 7 6 Prfbericht8 Anhang A (informativ) Fehlerabschtzung mithilfe des Fin

22、ite-Elemente-Modells (FEM) .9 A.1 Fehlerquellen9 A.2 Finite-Elemente-Modell 9 A.3 Analyseergebnisse.9 Literaturhinweise 10 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen11 Bilder Bild 1 Form eines zylinderfrmigen Stabs

23、(siehe Tabelle 1 fr die Symbole).4 Bild 2 Prinzipdarstellung der Druckbeanspruchung auf eine zylinderfrmige Mikroprobe6 Bild A.1 Fehlerschtzung mittels Aspektverhltnis und Reibungskoeffizient fr die Ermittlung des Elastizittsmoduls.9 Tabellen Tabelle 1 Symbole und Benennungen zur Mikroprobe .5 DIN E

24、N 62047-10:2012-03 EN 62047-10:2011 4 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 ist ein Druckprfverfahren an zylinderfrmigen Mikroproben fr Werkstoffe der Mikrosystemtechnik zur Messung der Druckeigenschaften dieser Werkstoffe mit hoher Genauigkeit, Wieder-holbarkeit und einem angemessenen Au

25、fwand bei der Herstellung der Mikroproben festgelegt. Es werden die durch Druckbeanspruchung verursachten einachsigen Spannungs-Dehnungs-Verhltnisse einer Mikroprobe gemessen, und es knnen sowohl das Elastizittsmodul bezogen auf Druckbeanspruchung als auch die Dehnungsgrenzen (Fliegrenzen) ermittelt

26、 werden. Die Mikroprobe ist ein zylinderfrmiger Stab, der auf einem nicht elastischen (oder sehr steifen) Substrat mithilfe mikrosystemtechnologischer Verfahren hergestellt wird, wobei das Aspektverhltnis des Stabes (Verhltnis von Zylinderdurchmesser zu Zylinderhhe) grer als 3 sein sollte. Diese Nor

27、m ist bei Werk-stoffen aus Metall, Keramik und Polymeren anwendbar. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe

28、 des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-8, Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 8: Strip bending test method for tensile property measurement of thin films 3 Symbole und Benennungen Fr die Anwendung dieser Norm sind die Form der Mikroprobe

29、in Bild 1 und die dazugehrigen Symbole in Tabelle 1 festgelegt. Die Mikroprobe wird in dieser Norm hufig als Probenstab bezeichnet. Legende Komponenten Mae des Zylinderstabes zylinderfrmiger Stab: Substrat: ein Teil zylinderfrmiger Mikrostbe, der auf einem Substrat unter Verwendung eines mikromaschi

30、nellen Verfahrens herge-stellt wurde und als zylinderfrmige Mikroprobe geformt ist bestimmter unelastischer (oder hochsteifer) Werkstoff zum Halten der Mikroprobe D: H: Durchmesser der Mikroprobe Hhe der Mikroprobe Bild 1 Form eines zylinderfrmigen Stabs (siehe Tabelle 1 fr die Symbole) DIN EN 62047

31、-10:2012-03 EN 62047-10:2011 5 Tabelle 1 Symbole und Benennungen zur Mikroprobe Symbol Einheit Benennung H m Hhe der Mikroprobe D m Durchmesser der Mikroprobe 4 Mikroprobe 4.1 Allgemeines Die Mikroprobe sollte mithilfe eines identischen Fertigungsverfahrens, wie es bei der tatschlichen Bauteile-hers

32、tellung verwendet wird, hergestellt werden. Um den auf die Mikroprobe bezogenen Greneffekt zu mini-mieren, sollten sowohl Aufbau als auch Gre der Mikroprobe hnlich denen von tatschlichen Bauteile-komponenten sein. Es gibt viele Fertigungsverfahren fr die Mikroproben, die von den jeweiligen Anwen-dun

33、gen abhngig sind. 4.2 Form der Mikroprobe In dieser Norm werden die Eigenschaften eines zylinderfrmigen Mikrostabs bezglich Druckbean-spruchungen festgelegt. Die zylinderfrmigen Mikroproben werden mithilfe mikrosystemtechnologischer Ver-fahren auf einem Substrat prpariert. Sowohl Form als auch verti

34、kale Ausrichtung der Mikrostbe sollten mithilfe von Elektronenmikroskopen oder lichtoptischen Mikroskopen berprft werden. Die Grenzflchen-eigenschaften auf der Unterseite des Mikrostabs werden allgemein als feststehende Grenzflche betrachtet, und diese Grenzflcheneigenschaften sind unterschiedlich g

35、egenber normalgroen zylinderfrmigen Proben, bei denen die Oberflchen von Ober- und Unterseite gelt sind und somit als reibungslose Grenz-flchen betrachtet werden. Da es auerdem schwierig ist, die Druckverformung des Mikrostabs whrend der Prfung zu messen, erfolgt eine Schtzung der Dehnung ber die Au

36、slenkung (Verfahrweg) des nicht elasti-schen Druckstempels unter Verwendung der Gleichung (2) aus 5.1. Das fhrt zu Fehlern fr die Dehnung und demzufolge auch, wie in Anhang A beschrieben, zu Fehlern fr das Elastizittsmodul und die Dehn-grenze (Fliegrenze). Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist abhng

37、ig vom Reibungskoeffizienten zwischen Druckstempel und der Oberflche auf der Oberseite des Probenstabs sowie dem Aspektverhltnis des Mikrozylinders. Es wird ein Mikrozylinder mit einem hohen Aspektverhltnis empfohlen, um die Fehler beim Schtzen der Dehnung zu reduzieren, sofern nicht Verbiegungen au

38、ftreten. Der obere Grenzwert des Aspekt-verhltnisses ist sowohl von den Bedingungen der Grenzschicht als auch von den Werkstoffeigenschaften des Probenstabs abhngig. Der empfohlene Hchstwert des Aspektverhltnisses ist 10 41). Falls es nach der Prfbeanspruchung eines Probenstabs mit einem Aspektverhl

39、tnis grer als 10 keine Verbiegungen gibt, sollten auch diese Prfergebnisse als richtig bewertet werden. Der Reibungskoeffizient bezglich der Oberseitenflche kann mithilfe einer Schmierlschicht bei normalgroen Zylinderproben reduziert werden (siehe 4); es ist allerdings sehr schwierig, eine Schmierls

40、chicht bei Mikrozylindern aufzubringen. Die hchste Durchmesserabweichung eines Probenquerschnitts sollte kleiner als 1 % bezogen auf den Nenn-durchmesser sein. Falls das nicht der Fall ist, sollte die tatschliche Querschnittsflche gemessen werden. 4.3 Messung der Mae Zur Analyse der Prfdaten ist ein

41、e genaue Messung der Mikroprobenmae erforderlich, da die Mae ver-wendet werden, um die mechanischen Eigenschaften des geprften Werkstoffs zu ermitteln. Durchmesser und Hhe des Mikrozylinders sollten mit hoher Genauigkeit bei einer Grenzabweichung kleiner als 1 % gemessen werden. Um die Hhe des Mikro

42、zylinders mit hoher Genauigkeit zu messen, knnen interfero-metrische Verfahren oder Schichtaufnahmeverfahren mit fokussierten Ionenstrahlen (FIB; en: focused ion beam) verwendet werden. Die zylinderfrmige Mikroprobe kann sowohl eine nderung des Durchmessers ber der Lngsachse aufweisen als auch unter

43、schiedliche Durchmesser von Oberseite und Unterseite. Dieser Messfehler sollte mglichst auf 1 % minimiert werden. Falls es unmglich ist, diese Verfahren anzu-wenden, sollte die Form der Mikroprobe mithilfe mikroskopischer Verfahren gemessen und ein Finite-Elemente-Modell (FEM) verwendet werden, um d

44、ie Prfdaten zu analysieren. 1)Ziffern in eckigen Klammern beziehen sich auf die Literaturhinweise. DIN EN 62047-10:2012-03 EN 62047-10:2011 6 5 Prfdurchfhrung und Prfeinrichtung 5.1 Prfprinzip 24DP= (1) Hd= (2) Dabei ist die Spannung, festgelegt als die angewandte Kraft dividiert durch die Querschni

45、ttsflche der Mikroprobe; d die Auslenkung (Verfahrweg) in Lngsrichtung des Druckstempels whrend der Beanspruchung; die Dehnung, festgelegt als Auslenkung dividiert durch die Hhe der Mikroprobe. Legende Komponenten Kenngren des Werkzeugs und seiner Anwendung Druckstempel: zylinderfrmige Mikroprobe: e

46、ine Ausfhrung eines Werkzeugs in der Form einer Scheibe mit einem groen Radius, um den Fehler zu reduzieren, der durch Fehlpositionierungen zwischen dem Werkzeug und einem Teil der Mikroprobe verursacht wird ein Teil der Mikrostbe in der Form eines zylinderfrmigen Probestabs als Prfling (Probe), der

47、 auf einem Substrat hergestellt wurde, und zwar mithilfe mikrosystemtechno-logischer Verfahren P: d: festgelegte Werte der Druckkraft Auslenkung in Lngsrichtung des Mikrostabs, verursacht durch das Ausben der festgelegten Druckkraft Bild 2 Prinzipdarstellung der Druckbeanspruchung auf eine zylinderf

48、rmige Mikroprobe 5.2 Prfeinrichtung Die Kraft- und Lagesensoren mssen abhngig von den Maen und Werkstoffen der zylinderfrmigen Mikro-probe sorgfltig gewhlt werden, und deren Auflsungen sollten kleiner als 1/1 000 der Hchstkraft bzw. hchsten Auslenkung sein. Der Aktor sollte eine Linearbewegung in Richtung der Beanspruchungskraft ohne Nebenbewegungen in andere Richtungen aufweisen, wobei seine Auslenkungsauflsung kleiner als 1/10 bezogen auf die Auflsung des Lagesensors sein muss. Fr dieses Prfverfahren werden piezoelektrische DIN EN 62047-10:2012-03 EN 62047-10:2011 7 oder Tauchspulen-Aktoren