DIN EN 62047-14-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 14 Forming limit measuring method of metallic film materials (IEC 62047-14 2012) German version .pdf

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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、31.080.01; 31.220.01!$o“1902776www.din.deDDIN EN 62047-14Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 14: Verfahren zur Ermittlung der Grenzformnderung metallischerDnnschichtwerkstoffe (IEC 62047-14:2012);Deutsche Fassung EN 62047-14:2012Semiconductor devices Micro-electromechanical

3、 devices Part 14: Forming limit measuring method of metallic film materials (IEC 62047-14:2012);German version EN 62047-14:2012Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 14: Mthode de mesure des limites de formage des matriaux couche mtallique(CEI 62047-14:2012);Version alle

4、mande EN 62047-14:2012Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDIN EN 62047-14:2012-10 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2012-04-03 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2012-10-01. Nationales Vorwort Vorausgegang

5、ener Norm-Entwurf: E DIN EN 62047-14:2010-10. Fr dieses Dokument 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-electro

6、mechanical 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 Entscheid

7、ung 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.) bezieht

8、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 Deutschen Nor

9、men 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. EN 62047-14 April 2012 EUROPISCHE NORM EUROPEAN

10、 STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 14: Verfahren zur Ermittlung der Grenzformnderung metallischer Dnnschichtwerkstoffe (IEC 62047-14:2012) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 14: Forming limit

11、measuring method of metallic film materials (IEC 62047-14:2012) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 14: Mthode de mesure des limites de formage des matriaux couche mtallique (CEI 62047-14:2012) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2012-04-03 angenommen. Die CENE

12、LEC-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 ihren bibliogra

13、phischen 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 eigener Verantwortung durch berse

14、tzung 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, Frankreich, Griechenland,

15、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 Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches K

16、omitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2012 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den

17、Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-14:2012 DDIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 Vorwort Der Text des Dokuments 47F/108/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 62047-14, erarbeitet vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallel

18、en IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-14:2012 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): 2013-01-03 spteste

19、s Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2015-04-03 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Pate

20、ntrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-14:2012 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen .5 3 Begriffe

21、 und Symbole.5 3.1 Begriffe .5 3.2 Symbole .6 4 Prfverfahren6 4.1 Allgemeines6 4.2 Prf- und Messeinrichtung .6 4.3 Proben7 5 Prfdurchfhrung und -auswertung8 5.1 Prfdurchfhrung8 5.2 Datenauswertung .8 6 Prfbericht10 Anhang A (informativ) Grundlagen des Grenzformnderungsdiagramms11 Anhang B (informati

22、v) Verfahren zum Aufbringen der Messrastermarkierungen .13 B.1 Allgemeines13 B.2 Fotolithografisches Verfahren 13 B.3 Tintenstrahldruckverfahren 14 Anhang C (informativ) Verfahren zum Befestigen der Probe15 C.1 Verfahren mit Ziehsicke (Klemmsicke).15 C.2 Klebeverfahren (Bonden) .16 Anhang D (informa

23、tiv) Dehnungs-Messverfahren.17 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen18 Bilder Bild 1 Prfeinrichtung und Werkzeuge zur Ermittlung der Grenzformnderung.7 Bild 2 Rechteckige Proben mit sechs unterschiedlichen Aspe

24、ktverhltnissen .7 Bild 3 Dehnungen fr Grenzformnderungs-Messung9 Bild 4 Erstellen des Grenzformnderungsdiagramms durch grafisches Darstellen der Haupt- und Nebendehnungen.9 Bild A.1 Grenzformnderungsdiagramm.11 Bild A.2 Halbkugelfrmiger Stempel zur Grenzformnderungs-Messung 12 Bild A.3 Messraster fr

25、 die Grenzformnderungs-Messung .12 Bild A.4 Beanspruchungspfade der Proben mit unterschiedlichen Aspektverhltnissen12 Bild B.1 Prozessablauf fr eine fotolithografische Messrastermarkierung13 Bild B.2 Prozessablauf einer Messrastermarkierung mittels Tintenstrahldrucks 14 Bild C.1 Befestigen der Probe

26、 mittels Ziehsicke .15 Bild C.2 Befestigen der Probe mittels Klebeverbindung (Bonden)16 3 DIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 SeiteBild D.1 Messaufbau fr die Dehnungsmessung mithilfe einer Digitalkamera. 17 Bild D.2 Beispiel einer Pixelkonvertierung des Abbildes einer verformten Probe 17 Tabell

27、en Tabelle 1 Liste der Symbole . 6 4 DIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 sind Begriffe und Verfahren zum Ermitteln der Grenzformnderung (Formnde-rungsvermgen) von metallischen Dnnschichtwerkstoffen mit Dicken im Bereich von 0,5 m bis 300 m festge

28、legt. Die hier beschriebenen metallischen Dnnschichtwerkstoffe werden blicherweise in Bauele-menten der Elektronik und Mikrosystemtechnik sowie in Mikrobauteilen verwendet. Wenn metallische Dnnschichtwerkstoffe, die in Bauelementen der Mikrosystemtechnik (siehe IEC 62047-1:2005, 2.1.2) eingesetzt we

29、rden, mithilfe von Umformverfahren wie dem Prgen hergestellt werden, dann ist es notwendig, das Werkstoffversagen zu prognostizieren, um die Zuverlssigkeit der Bauelemente zu verbessern. Mittels dieser Vorhersage kann auerdem die Fertigungseffektivitt von Umformverfahren fr Bauelemente der Mikrosyst

30、emtechnik verbessert werden, da sowohl der Entwicklungszeitraum eines Erzeugnisses als auch die Fertigungskosten reduziert werden knnen. In diesem Dokument wird eines der Vorhersageverfahren zum Werkstoffversagen whrend eines Prgeprozesses dargelegt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente,

31、 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 Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderu

32、ngen). IEC 62047-1:2005, Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 1: Terms and definitions 3 Begriffe und Symbole 3.1 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokumentes gelten die Begriffe nach IEC 62047-1 sowie die folgenden Begriffe. 3.1.1 Kreisraster(-Markierung) Raster zum Messen der

33、rtlich beschrnkten Verformung der Proben innerhalb der Kreise 3.1.2 Messraster Muster, mit dem die Oberflche des zu untersuchenden Werkstoffs markiert wird, um ein unmittelbares und direktes Messen des Formnderungsvermgens des metallischen Dnnschichtwerkstoffs zu ermglichen Anmerkung 1 zum Begriff:

34、Das Messraster besteht aus einem Muster von kleinen Kreisen oder Rechtecken. 3.1.3 Hauptformnderungsachse lngste Gerade, die auf die deformierte elliptische Ausprgung bezogen wird und durch die beiden Brennpunkte der Ellipse geht 3.1.4 Nebenformnderungsachse lngste Gerade, die auf die deformierte el

35、liptische Ausprgung bezogen wird und im rechten Winkel zur Hauptformnderungsachse steht 3.1.5 Quadratraster(-Markierung) Raster zum Messen der Gesamtverformung des zu untersuchenden Werkstoffs 5 DIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 3.2 Symbole Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die in Tabe

36、lle 1 angegebenen Symbole. Tabelle 1 Liste der Symbole Name und Bezeichnung Symbol Messrastergre Ausgangsdurchmesser des Kreisrasters vor der Deformation Durchmesser des Rasterkreises entlang der Hauptnderungsachse nach der Verformung Durchmesser des Rasterkreises entlang der Nebennderungsachse nach

37、 der Verformung d0 d1 d2Dehnung Hauptdehnung Nebendehnung 1 2Prf- und Messeinrichtung, Werkzeug und Probenmae Durchmesser des halbkugelfrmigen Stempels Innendurchmesser des Ziehrings Durchmesser des Ziehsickenrings Ausrundungsradius (Kehlradius) des Ziehrings Dicke der Probe Hhe der Probe Breite der

38、 Probe Dpunch Ddie Dbead rde t h w 4 Prfverfahren 4.1 Allgemeines Das Grenzformnderungsdiagramm (FLD, en: forming limit diagram) wird bestimmt, indem der Dnnschicht-werkstoff mithilfe eines halbkugelfrmigen Stempels einer Ziehverformung unterzogen wird. Dieser Ziehvor-gang wird solange ausgebt, bis

39、ein Bruchversagen des Dnnschichtwerkstoffs eintritt. Die Haupt- und Nebendehnungen einer verformten Probe knnen mithilfe unterschiedlicher Verfahren gemessen werden, wie z. B. mithilfe einer Digitalkamera oder eines lichtoptischen Gertes. Allerdings wird die Anwendung einer Digitalkamera mit ausreic

40、hender Auflsung und stark vergrernder Objektivlinsenkonstruktion empfohlen. ANMERKUNG Siehe Anhang A fr die Grundlagen des Grenzformnderungsdiagramms. 4.2 Prf- und Messeinrichtung Eine Mikropresseinrichtung wird als Beanspruchungseinrichtung fr die FLD-Ermittlung entsprechend Bild 1 verwendet. In di

41、e Mikropresse wird ein halbkugelfrmiger Druckstempel eingesetzt, um mit ihm den Dnn-schichtwerkstoff zur Ermittlung der Proben-Grenzformnderung zu dehnen. Es wird eine herkmmliche Hart-verchromung des Druckstempels mit sechswertigem Chrom empfohlen, um eine Oberflchenrauheit (Mittel-rauwert RMS; en:

42、 root mean square) von kleiner als 0,8 m sicherzustellen. Zustzlich knnen Schmierstoffe wie Grafit verwendet werden, um die Reibungskrfte zwischen den Oberflchen von Druckstempel und Probe zu reduzieren. Geregelt wird die Stempelbewegung mithilfe einer konstanten Querbalkengeschwindigkeit der Messei

43、nrichtung in der Mikropresse. Die Stempelgeschwindigkeit muss bis auf quasi-statische Beanspruch-ungsbedingungen verringert werden. Es wird eine Stempelgeschwindigkeit von kleiner als 20 m s1empfohlen, um dynamische Trgheitseffekte whrend der Prfbeanspruchung zu vermeiden. Obwohl die Mae des halbkug

44、elfrmigen Stempels und der Probe entsprechend des umzuformenden Erzeugnisses und des zu untersuchenden Prfbereichs unterschiedlich sein knnen, wird empfohlen, dass die Mae entsprechend den im Folgenden angegebenen Verhltnissen festgelegt werden sollten. Ddie= Dpunch+ 2,5 t (1) Dbead= 2 Dpunch(2) 6 D

45、IN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 Weiterhin wird empfohlen, dass der Durchmesser des halbkugelfrmigen Stempelkopfes 5 mm und der Radius der Ziehkante 0,5 mm sein sollten. Legende 1 Ziehring 2 Niederhalter 3 Probe 4 halbkugelfrmiger Druckstempel Bild 1 Prfeinrichtung und Werkzeuge zur Ermittlun

46、g der Grenzformnderung 4.3 Proben Es sind rechteckige Proben mit unterschiedlichen Aspektverhltnissen fr die Prfung zu verwenden. Es werden mindestens sechs Proben mit unterschiedlichen Aspektverhltnissen von 1,0, 1,5, 1,75, 2,0, 3,5 und 7,0, so wie in Bild 2 gezeigt, empfohlen, um die verschiedenen

47、 Belastungswege ber den Wertebereich des Grenzformnderungsdiagramms abzudecken. h = 2,5 Dpunch(3) Bild 2 Rechteckige Proben mit sechs unterschiedlichen Aspektverhltnissen Auf die Oberflche der zu beanspruchenden Probe sind die (Mess-)Raster aufzubringen, um sowohl die rtlich beschrnkte als auch die

48、gesamte Verformung des Dnnschichtwerkstoffs zu messen. Das Messraster 7 DIN EN 62047-14:2012-10 EN 62047-14:2012 besteht aus kleinen Kreisen oder Quadraten. Es wird empfohlen, dass das Messraster in Abstnden von 50 m bis 200 m aufgebracht wird und die Dicke der Messrastermarkierung kleiner als 10 %, bezogen auf die Probendicke, ist. ANMERKUNG Siehe Bild A.3 fr eine ausfhrliche Messrasterdarstellung. 5 Prfdurchfhrung und -auswertung 5.1 Prfdurchfhrung Bei einer FLD-Prfung entsprechen die folgenden Punkte a) bis e) Prfschritten, um den lokalen Bruch einer Probe