1, le mécanisme physique et les incitations matérielles du détachement intercouche
La défaillance des structures laminées est essentiellement la dégradation des propriétés mécaniques des interfaces intercouches. Lorsque la résistance au cisaillement interfaciale est inférieure à la résistance cohésive du matériau, une délamination intercouche se produit. Ce processus implique des mécanismes physiques à échelle multiple -:
Déliachance à la contrainte thermique: La différence de coefficient d'expansion thermique (CTE) entre différents matériaux est la principale cause. Par exemple, dans la fabrication de PCB, la différence de CTE entre le substrat FR-4 (CTE ≈ 14-17 ppm / degré) et le feuille de cuivre (CTE ≈ 17 ppm / degré) est petite, mais lorsque des matériaux à faible perte (tels que PTFE, CTE ≈ 100-200 ppm / degré) sont introduits, la contrainte inter-parrainée peut atteindre la résistance interface. L'équipe du National Nanotechnology Center a trouvé dans l'étude des hétérostructures de graphène / moo ∝ van der Waals que l'interface van der Waals force n'est que de 0,1-1 n / m, ce qui est enclin à glisser sous contrainte thermique.
Échec chimique de l'interface: Les facteurs environnementaux tels que l'humidité et les oxydants peuvent endommager les liaisons chimiques d'interface. Prenant l'exemple du système d'isolation de la paroi externe d'un bâtiment, la résistance à la liaison entre le mortier en polymère et la carte XPS diminuera de 40% dans un environnement d'humidité de 95%, entraînant le pelage de la couche de plâtre. De même, dans l'emballage semi-conducteur, la liaison SI - o - SI dans la pile d'oxyde de nitrure / silicium en silicium subit une hydrolyse à une température élevée de 150 degrés, conduisant à la diffusion des métaux et à la délamination intercoulée.
L'accumulation de défauts de processus: micro-défauts dans la fabrication laminée peut devenir des sources d'initiation des fissures. Par exemple, pendant le processus de laminage des planches multicouches PCB, si la résine pré-imprégnée (PP) ne s'écoule pas suffisamment, des zones faibles avec une porosité supérieure à 5% se forment, ce qui se fissurera préférentiellement sous vibration mécanique ou choc thermique. Une équipe de l'Université de Nanjing trouvée dans ses recherches sur deux appareils intégrés de semi-conducteurs dimensionnels - que le méthacrylate de polyméthyle résiduel (PMMA) dans la pile MOS ₂ / graphène pendant la lithographie du faisceau d'électrons réduit l'énergie interfaciale, entraînant une diminution de 30% de la résistance au pelage.
2, analyse de cas de l'industrie typique
Cas 1: piège d'intégrité du signal dans la conception de la pile PCB
Un fabricant d'équipement de communication de vitesse élevé - a adopté une conception de PCB de 12 couches, mais n'a pas réussi à suivre le principe de la triple symétrie (épaisseur de la feuille de cuivre, arrangement de la carte centrale et symétrie miroir de la couche diélectrique), résultant en une déviation de 0,3 mm entre la couche de signal et le plan de référence, dépassant loin la tolérance de conception de 0,05 mm. Cela a conduit à deux conséquences: premièrement, le contrôle de la perte d'impédance a provoqué une augmentation du coefficient de réflexion du signal à une seule augmentation de 10% à 25%, entraînant des diagrammes oculaires fermés; Deuxièmement, le couplage électromagnétique intercouche est amélioré et la diaphonie à bout proche (suivant) se détériore de -40 dB à -30 dB. Le produit final est retravaillé en raison d'une intégrité inadéquate du signal, entraînant une perte de plus de dix millions de yuans.
Cas 2: Bâtiment accident du système d'isolation des murs externes
En 2022, un projet résidentiel a adopté un système d'isolation extérieure de la planche de laine de roche. La partie de construction a choisi des boulons d'ancrage d'extension ordinaires pour réduire les coûts, et la profondeur d'ancrage n'était que de 25 mm (exigence de conception de 40 mm). Par temps de typhon, lorsque la pression négative du vent atteint 2,5 kPa, la résistance à la traction entre le boulon d'ancrage et la base en béton aéré est inférieure à 0,1 MPa, entraînant le détachement de toute la couche d'isolation. Après inspection, il a été constaté que la teneur en polymère dans l'adhésif n'était que de 3% (exigence standard supérieure ou égale à 8%), et la résistance au cisaillement à l'interface entre la couche de plâtre et la planche de laine de roche n'était que de 0,05 MPa, bien en dessous de l'exigence de spécification de 0,12 MPa.
Cas 3: Panne de diffusion métallique dans les structures empilées des semi-conducteurs
Un certain fabricant de dispositifs d'alimentation utilise des couches de passivation ALN / SIN ₓ dans la fabrication de Hemts de nitrure de gallium (GAN) pour supprimer l'effondrement du courant. Cependant, en raison d'un contrôle de la température incorrect du dépôt de couche SIN ₓ (450 degrés VS VS 400 degrés), des microfissures d'une largeur de 0,5 μm ont été générées à l'interface ALN / SI. Dans le test de biais de température à 175 degrés -, les atomes d'aluminium se sont diffusés le long de la fissure vers le canal GaN, provoquant une dérive de tension de seuil jusqu'à 2V, et le rendement du dispositif est passé fortement de 95% à 60%.
3, Stratégies de prévention et de contrôle pour le détachement intercouche
Sélection des matériaux et optimisation de l'interface
Conception du matériau du gradient: dans PCB, une couche de transition de gradient (comme la résine époxy remplie de céramique) peut être insérée entre les matériaux CTE élevés et faibles pour réduire le gradient CTE de 100 ppm / degré à 20 ppm / degré, ce qui réduit considérablement la contrainte thermique.
Technologie de modification de l'interface: Le traitement au plasma de la carte d'isolation XPS peut réduire son angle de contact de surface de 90 degrés à 20 degrés et augmenter la résistance de liaison avec du mortier en polymère à 0,15 MPa. De même, l'introduction d'un traitement d'hydrogénation dans les stratifiés MOS ₂ / graphène peut augmenter l'énergie interfaciale de 50% et atteindre une résistance à la pelage de 0,5 n / m.
Adhésif fonctionnel: développer un adhésif asphalté résistant à la température élevée (comme l'ajout de nano sio ₂) peut augmenter le point de ramollissement des bardeaux d'asphalte de 20 degrés à 80 degrés, évitant la séparation de la couche causée par l'écoulement. Dans l'emballage semi-conducteur, l'utilisation de la résine de benzoxazine au lieu de la résine époxy traditionnelle peut réduire le taux d'hydrolyse des laminats de nitrure de silicium / d'oxyde de silicium de 90% à 150 degrés.
Contrôle des processus et inspection de la qualité
Technologie de laminage de précision: dans la fabrication de PCB, la porosité intercouche peut être contrôlée à<1% using a vacuum lamination machine, and combined with isostatic pressing treatment (pressure 20 MPa, temperature 180 ℃), the interlayer bonding strength can reach 15 MPa.
Système de surveillance en ligne: Dans la fabrication de pure de pure de dessin en céramique stratifiée, des tests destructeurs ultrasoniques non - sont introduits pour surveiller l'état de liaison entre les couches al ₂ O3 / tic en temps réel. Lorsque l'amplitude des ondes réfléchie est détectée comme étant supérieure à -30 dB, elle est jugée comme une zone de défaut.
Test de durée de vie accéléré: effectuer 85 degrés / 85% RH Test de vieillissement de la chaleur humide sur les cellules solaires empilées. Lorsque la désintégration de l'efficacité est supérieure à 5%, le réglage du paramètre de processus est déclenché. L'équipe du National Nanotechnology Center a trouvé à travers cette expérience que la résistance à l'interface de la pile de graphène / MOO3 augmentait trois heures après 1000 heures, et a ainsi optimisé le processus de contrôle de la force Van der Waals.
Spécifications de conception et formulation standard
Principe de symétrie: la conception des PCB doit répondre aux exigences à triple symétrie de "symétrie en feuille de cuivre, symétrie diélectrique et symétrie de puissance / sol". Par exemple, il est recommandé d'utiliser le "s - g - p - s - s - p - g - S" Structure (S: Signalyer, g: gaskylen, p: p: Poweryl Chemin de 40% et réduisez la diaphonie de 25 dB.
Conception du facteur de sécurité: Dans le système d'isolation du bâtiment, le nombre de boulons d'ancrage doit être calculé en fonction de la norme JGJ 144-2019, avec pas moins de 6 boulons par mètre carré, et la profondeur d'ancrage devrait pénétrer la couche de base de 20 mm. Pour les planches en laine de roche, des attaches mécaniques supplémentaires doivent être ajoutées pour augmenter la valeur de résistance à la pression du vent du système à plus de 5 kPa.
Vérification de la fiabilité: les dispositifs semi-conducteurs doivent passer le test de biais inverse à haute température (HTRB) selon la norme JESD22-A110E. Après 1000 heures de test continu à 150 degrés et une tension de biais de 80% de la valeur nominale, le courant de fuite intercouche doit être inférieur à 1 μ A.
