DIN EN 62047-6-2010 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 6 Axial fatigue testing methods of thin film materials (IEC 62047-6 2009) German version EN 62047.pdf

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1、Juli 2010DEUTSCHE 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 31.08

2、0.01; 31.220.01!$bIp“1633877www.din.deDDIN EN 62047-6Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 6: Prfverfahren zur uniaxialen Dauerschwingfestigkeit vonDnnschicht-Werkstoffen (IEC 62047-6:2009);Deutsche Fassung EN 62047-6:2010Semiconductor devices Micro-electromechanical devices

3、Part 6: Axial fatigue testing methods of thin film materials (IEC 62047-6:2009);German version EN 62047-6:2010Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 6: Mthodes dessais de fatigue axiale des matriaux en couche mince(CEI 62047-6:2009);Version allemande EN 62047-6:2010Allei

4、nverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN EN 62047-6:2010-07 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2010-03-01 angenommene EN 62047-6 gilt als DIN-Norm ab 2010-07-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-6:2007-07.

5、 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-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee ha

6、t entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result 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

7、, 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 sich die Verweisung auf die jeweils neues

8、te 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 Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang

9、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. Eine aktuelle Aufstellung aller Teile der Publikationen in der Reihe IEC 62047, Semicond

10、uctor devices Micro electromechanical devices ist der IEC-Website (www.iec.ch) zu entnehmen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-6 Mrz 2010 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 6: Prfverfahren zur uniaxialen Dauerschwingf

11、estigkeit von Dnnschicht-Werkstoffen (IEC 62047-6:2009) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 6: Axial fatigue testing methods of thin film materials (IEC 62047-6:2009) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 6: Mthodes dessais de fatigue axiale des m

12、atriaux en couche mince (CEI 62047-6:2009) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2010-03-01 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 eine

13、r 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 (Deutsch, Englisch, Fr

14、anzsisch). 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 sind die nationalen el

15、ektrotechnischen 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, der Slowakei, Slowenien

16、, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 20

17、10 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-6:2010 DDIN EN 62047-6:2010-07 EN 62047-6:2010 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47F/15/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-6, ausgear

18、beitet von dem SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2010-03-01 als EN 62047-6 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte ber

19、hren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernomme

20、n werden muss (dop): 2010-12-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2013-03-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-6:2009 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung

21、 als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-6:2010-07 EN 62047-6:2010 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verweisungen .4 3 Begriffe .4 4 Mikroprobe .6 4.1 Form der Mikroprobe6 4.2 Vorbereiten der Mikroprobe .6 4.3 Dicke der Mikroprobe .6 4.4 Lagerung vor dem Prfen 6 5 Prfve

22、rfahren und Prfeinrichtung .6 5.1 Allgemeines6 5.2 Mechanisches Einspannverfahren (Befestigung der Mikroprobe) .7 5.3 Statische Prfbeanspruchung 7 5.4 Durchfhrung der Beanspruchung .7 5.5 Beanspruchungsgeschwindigkeit.7 5.6 berwachung der Umgebungsbedingungen .8 6 Schwingfestigkeitsdauer (Beenden de

23、r Prfbeanspruchungen)8 7 Prfbericht 8 Anhang A (informativ) Technische Grundlagen fr diese Norm9 A.1 Bedeutung der uniaxialen Schwingfestigkeitsprfung fr Dnnschicht-Werkstoffe.9 A.2 Kurzbeschreibung der in Japan durchgefhrten Ringversuche 109 Anhang B (informativ) Mikroprobe.10 Anhang C (informativ)

24、 Messung der Dehnung11 Anhang D (informativ) Umgebungsbedingungen whrend der Prfung .12 Anhang E (informativ) Anzahl der Mikroproben 13 Literaturhinweise 14 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen 15 3 DIN EN 620

25、47-6:2010-07 EN 62047-6:2010 1 Anwendungsbereich In dieser Internationalen Norm ist ein Prfverfahren zur uniaxialen Dauerschwingfestigkeit mit Zug-Zug-Beanspruchung bei konstanten Bereichen jeweils von Spannungs- bzw. Dehnungsamplitude festgelegt, und zwar fr Dnnschicht-Werkstoffe mit einer Lnge und

26、 Breite jeweils kleiner als 1 mm und einer Dicke im Bereich von 0,1 m bis 10 m. Dnnschichten werden als Basiswerkstoffe fr die Herstellung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik und Mikromaschinen verwendet. Die Basiswerkstoffe fr Bauteile der Mikrosystemtechnik, Mikromaschinen usw. haben besondere Ei

27、genschaften, wie z. B. die blichen Abmessungen von einigen wenigen Mikrometern, die Werkstoff-herstellung durch Dampfabscheidung und die Herstellung von Mikroproben mittels nicht-mechanischer Verarbeitungsverfahren einschlielich der Fotolithografie. In dieser Internationalen Norm ist ein Prfverfahre

28、n zur uniaxialen Dauerschwingfestigkeit von flachen Probestcken im Mikrometerbereich festgelegt, welches eine zu diesen spezifischen Eigenschaften korrespondierende Genauigkeit sicherzustellen ermglicht. Die Prfungen werden in Luft bei Raumtemperatur durchgefhrt, wobei die Prfbeanspruchung in Richtu

29、ng der Lngsachse der Mikroprobe ausgebt wird. 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 des in Bezug genommen

30、en Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-2:2006, Semiconductor devices Micro electromechanical devices Part 2: Tensile testing method of thin film materials 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Oberkraft Pmax grter algebraischer Wert der ausg

31、ebten Kraft je Schwingspiel ANMERKUNG berarbeitet aus ASTM E 1823-05a 1 1). 3.2 Unterkraft Pmin kleinster algebraischer Wert der ausgebten Kraft je Schwingspiel ANMERKUNG berarbeitet aus ASTM E 1823-05a 1. 3.3 Mittelkraft Pmean algebraisches Mittel von Ober- und Unterkraft bei konstanter Beanspruchu

32、ngsamplitude oder in einem einzel-nen Schwingspiel ANMERKUNG berarbeitet aus ASTM E 1823-05a 1. 1)Die Ziffern zwischen den eckigen Klammern verweisen auf die Literaturhinweise. 4 DIN EN 62047-6:2010-07 EN 62047-6:2010 3.4 Kraftschwingbreite P algebraische Differenz zwischen Ober- und Unterkraft bei

33、konstanter Beanspruchungsamplitude 3.5 Oberspannung maxgrter algebraischer Wert der ausgebten Spannung je Schwingspiel 3.6 Unterspannung min kleinster algebraischer Wert der ausgebten Spannung je Schwingspiel 3.7 Mittelspannung mean algebraisches Mittel von Ober- und Unterspannung bei konstanter Bea

34、nspruchungsamplitude oder in einem einzelnen Schwingspiel 3.8 Spannungsschwingbreite algebraische Differenz zwischen Ober- und Unterspannung bei konstanter Beanspruchungsamplitude 3.9 obere Dehnung max grter algebraischer Wert der ausgebten Dehnung je Schwingspiel 3.10 untere Dehnung min kleinster a

35、lgebraischer Wert der ausgebten Dehnung je Schwingspiel 3.11 mittlere Dehnung mean algebraisches Mittel von oberer und unterer Dehnung bei konstanter Beanspruchungsamplitude oder in einem einzelnen Schwingspiel 3.12 Dehnungsschwingbreite algebraische Differenz zwischen oberer und unterer Dehnung bei

36、 konstanter Beanspruchungsamplitude 3.13 Krfteverhltnis Spannungsverhltnis R algebraische Verhltnis von Unterspannung (bzw. unterer Dehnung) zur Oberkraft (bzw. oberer Dehnung) 5 DIN EN 62047-6:2010-07 EN 62047-6:2010 4 Mikroprobe 4.1 Form der Mikroprobe Um die Greneinflsse zu minimieren, sollten di

37、e Abmessungen der Mikroprobe in der gleichen Grenord-nung wie diejenigen der tatschlichen Bauteilkomponenten sein. Fr die Form und Abmessungen der Mikroprobe sollte IEC 62047-2, Anhang C als Grundlage herangezogen werden. Die Abmessungen der flachfrmigen Mikroprobe mssen innerhalb der Grenzabweichun

38、gen von 1 % sein, wie in IEC 62047-2 festgelegt. Die Versuchslnge (Gleichmabereich) der Mikroprobe muss mehr als das 2,5fache der Breite betragen. Siehe IEC 62047-2, C.1. Die Schulter (gekrmmter Teil) zwischen den Proben-kpfen (zum Einspannen) und dem Gleichmabereich sollte einen ausreichend groen K

39、rmmungsradius haben, damit im Schulterbereich kein Bruch infolge einer Kraftkonzentration erfolgt. Siehe IEC 62047-2, C.2. Messmarkierungen entsprechend IEC 62047-2 sind nicht erforderlich, wenn die Markierungen Spannungs-konzentrationen oder Ermdungsbrche verursachen knnen. 4.2 Vorbereiten der Mikr

40、oprobe Die Mikroprobe sollte mit einem Verfahren hergestellt werden, das so weit wie mglich gleich jenem Fertigungsverfahren ist, welches bei dem Mikrobauteil verwendet wird. Auerdem sollten die Ferti-gungsverfahren den Festlegungen in IEC 62047-2 entsprechen. Die Substratentfernung sollte sehr sorg

41、fltig durchgefhrt werden, um Schdigungen an der Mikroprobe zu vermeiden. Siehe IEC 62047-2, C.3. Die Anzahl der Mikroproben sollte dem zu prfenden Dnnschicht-Werkstoffs angemessen sein. Siehe Anhang E. 4.3 Dicke der Mikroprobe Die Dicke einer jeden Mikroprobe ist zu messen, da die Schichtdicke ber d

42、em Wafer gewhnlich nicht gleichfrmig ist. Die Messungenauigkeit muss innerhalb 5 % liegen. Jede Mikroprobe sollte direkt gemessen werden. Allerdings darf auch die Schichtdicke der Stufenhhe eines getzten Fensters nahe der Mikroprobe als Dicke der Mikroprobe verwendet werden, um mechanische Beschdigu

43、ngen durch eine Profiltastnadel oder hnliches zu vermeiden. Verfahren zum Messen der Schichtdicke und zu Messfehlern sind gegeben in IEC 62047-2, C.4. 4.4 Lagerung vor dem Prfen Umgebungsbeanspruchungen bei einer Lagerung knnen die Eigenschaften der Schwingfestigkeit bei Dnn-schicht-Werkstoffen beei

44、nflussen. Falls es einen entsprechenden Zeitraum nach Abschluss der Probenvorbe-reitung bis zur Prfbeanspruchung gibt, sollte die Lagerung der Mikroproben besonders sorgfltig erfolgen, und die Mirkoproben sollten mit geeigneten Manahmen berwacht werden, um sicherzustellen, dass sich die Oberflche wh

45、rend der Lagerungsdauer nicht wesentlich verndert hat. Sollte irgendeine Vernderung festgestellt werden, die unmittelbar nach der Probenvorbereitung noch nicht vorhanden war, darf die Prfung nicht durchgefhrt werden. Die Prfung muss hingegen durchgefhrt werden, wenn die Beschdigung whrend des Vorber

46、eitens erfolgte. 5 Prfverfahren und Prfeinrichtung 5.1 Allgemeines Die Prfeinrichtung sollte sowohl mit mikroproben-geeigneten Einspannvorrichtungen als auch mit Einrich-tungen zur Schwingbeanspruchung ausgestattet sein. Die auf die Mikroprobe ausgebte Schwingbean-spruchung sollte grundstzlich in de

47、r Beanspruchungsart Zug-Zug (Schwellbeanspruchung) erfolgen. Bei einer Prfbeanspruchung mit einer konstanten Kraftschwingbreite mssen die Ober- und Unterkraft (oder die Mittelkraft und die Kraftschwingbreite) stndig berwacht werden (Monitoring), und die Prfeinrichtung 6 DIN EN 62047-6:2010-07 EN 620

48、47-6:2010 sollte mit einem geregelten Beanspruchungssystem fr eine konstante Kraftschwingbreite ausgestattet sein. Bei einer Prfbeanspruchung mit einer konstanten Dehnungsschwingbreite mssen die obere und die untere Dehnung (oder die mittlere Dehnung und die Dehnungsschwingbreite) stndig berwacht we

49、rden (Monitoring), und die Prfeinrichtung sollte mit einem geregelten Beanspruchungssystem fr eine konstante Dehnungsschwingbreite ausgestattet sein. Ein Mikroproben-Fehler-/Ausfall-Erkennungssystem sollte vorhanden sein, und die Anzahl der Schwingspiele der Kraftbeanspruchungen (oder Dehnungen) bis zum Ausfall muss aufgezeichne