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A Study of Fatigue Lifetime Evaluation on the Interconnect of Semiconductor Pressure Sensor According to the Various Materials

재료에 따른 반도체 압력 센서 배선의 피로 수명 평가에 관한 연구

  • Published : 2005.12.01

Abstract

Application of semiconductor sensors has been widely spreaded into various industries because those have several merits like easy miniaturization and batch production comparison with previous mechanical sensors. But external conditions such as thermal and repetitive load have a bad effect on sensors's lifetime. Especially, this paper was focused on fatigue life of a interconnect made by various materials. Firstly we implemented the stress analysis for interconnect under thermal load and wording pressure. And the fatigue lifetime of each material was induced by Manson & Coffin Equation using the plastic stress-strain curve obtained by the plastic-elastic Finite Element Analysis. The Fatigue lifetime in its bottom is smaller than others and bending load have not an effect on the fatigue lifetime of the interconnect but the stress distribution.

기존의 기계적인 센서들보다 높은 민감도와 선형성을 가지는 반도체 압력 센서들은 크기가 작고 일괄공정에 의해 제작될 수 있는 반도체 공정 기술로 제작되므로 다양한 산업에서 적용되고 있다. 하지만 열과 반복적인 외부 하중은 센서의 수명에 치명적인 영향을 미치고 있고, 특히 외부에서 가해지는 열은 센서를 구성하는 구조물보다 신호를 전달하는 금속 배선의 피로 수명에 지대한 영향을 미치고 있으므로 이에 대한 영향성을 분석할 수 있는 프로세스를 확립하고, 이후 다양한 재료의 반복적인 열하중에 대한 피로 수명을 Manson & Coffin식에 따라서 평가하였다. 금속 배선의 밑단에서 피로수명이 가장 낮고, 굽힘하중은 피로 수명보다는 응력분포에 큰 영향을 미치고 있다.

Keywords

References

  1. Bannantine, J. A, Comer, J. J. and Handrock, J. L. (1990), 'Fundamentals of Metal Fatigue Analysis', Prentice Hall Inc., New Jersey, pp.40-87
  2. Huang, M., Suo, Z. and Ma, Q. (2001), 'Metal Film Crawling in Interconnect Structures Caused by Cyclic Temperatures', Acta Mater., Vol. 49, pp.3039-3049 https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00196-3
  3. Pelletier, H., Krier, J., Comet, A. and Mille, P.(2000), 'Limits of Using Bilinear Stress-Strain Curve for Finite element Modeling of Nanoindentation Response on Bulk Materials,' Thin Solid Films, Vol. 379, pp.147-155 https://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01559-5
  4. Puigcorbe, J., Vila, A. and Morante, J. R. (2003), 'Thermal Fatigue Modeling of Micromachined Gas Sensors,' Sensors and Actuators, B 95, pp. 275-281 https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00538-0
  5. Spaepen, F. (2000), 'Interfaces and Stresses in Thin Films,' Acta Mater., Vol. 48, pp.31-42 https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00286-4
  6. Zienkiewicz, O. C. and Taylor, R. L. (1991), 'The Finite Element Method-Solid and Fluid, Mechanics Dynamics and Non-linearity', McGraw-Hill Co., New York, pp. 1-283