1, el mecanismo físico y los incentivos materiales del desapego entre capas
La falla de las estructuras laminadas es esencialmente la degradación de las propiedades mecánicas de las interfaces entre capas. Cuando la resistencia al corte interfacial es menor que la resistencia cohesiva del material, se produce la delaminación entre capas. Este proceso involucra mecanismos físicos de escala múltiples -:
No coincidencia de tensión térmica: la diferencia en el coeficiente de expansión térmica (CTE) entre diferentes materiales es la causa principal. Por ejemplo, en la fabricación de PCB, la diferencia en CTE entre el sustrato FR-4 (CTE ≈ 14-17 ppm/ grado) y la lámina de cobre (CTE ≈ 17 ppm/ grado) es pequeño, pero cuando los materiales de baja pérdida (como PTFE, CTE ≈ 100-200 ppm/ grado) se introducen, se introducen la resistencia de unión entre la capa intermedia. El equipo del Centro Nacional de Nanotecnología encontró en el estudio de heteroestructuras de grafeno/moo ∝ van der Waals que la fuerza intermedia van der Waals es solo 0.1-1 n/m, que es propensa a deslizarse bajo estrés térmico.
Falla química de la interfaz: factores ambientales como la humedad y los oxidantes pueden dañar los enlaces químicos de la interfaz. Tomando el sistema de aislamiento de pared externo de un edificio como ejemplo, la resistencia de unión entre el mortero de polímero y la placa XPS disminuirá en un 40% en un entorno de humedad del 95%, lo que resulta en la pelea de la capa de yeso. Del mismo modo, en el empaque de semiconductores, el enlace Si - o - Si en la pila de nitruro de silicio/óxido de silicio sufre hidrólisis a una temperatura alta de 150 grados, lo que lleva a la difusión metálica y la delaminación entre capas.
Acumulación de defectos del proceso: los micro defectos en la fabricación laminada pueden convertirse en fuentes de inicio de grietas. Por ejemplo, durante el proceso de laminación de las placas de múltiples capas de PCB, si la resina previa al impregnada (PP) no fluye lo suficiente, las áreas débiles con una porosidad superior al 5% se formarán, lo que preferentemente se romperá bajo vibración mecánica o choque térmico. Un equipo de la Universidad de Nanjing encontró en su investigación sobre dos- dispositivos integrados de semiconductores dimensionales que el metacrilato de polimetilo residual (PMMA) en la pila MOS ₂/grafeno durante la litografía del haz de electrones reduce la energía interfacial, lo que resulta en una disminución de un 30% en la resistencia a los despliegue.
2, análisis típico de casos de la industria
Caso 1: Trap de integridad de señal en el diseño de la pila de PCB
Un fabricante de equipos de comunicación de velocidad de alta velocidad - adoptó un diseño de PCB de 12 capas, pero no pudo seguir el principio de simetría triple (espesor de aluminio de cobre, disposición de la placa del núcleo y simetría reflejada de la capa dieléctrica), lo que resulta en una desviación de 0.3 mm entre la capa de señal y el plano de la referencia, excediendo con creces la tolerancia de diseño de 0.05 mm. Esto llevó a dos consecuencias: en primer lugar, el control de pérdida de impedancia provocó que el coeficiente de reflexión de la señal de un solo extremo aumentara del 10% al 25%, lo que resultó en diagramas de ojos cerrados; En segundo lugar, se mejora el acoplamiento electromagnético entre capas, y la diafonía del extremo cercano (siguiente) se deteriora de -40 dB a -30 dB. El producto final se reelabora debido a la integridad inadecuada de la señal, lo que resulta en una pérdida de más de diez millones de yuanes.
Caso 2: Edificio Accidente de desprendimiento del sistema de aislamiento de paredes externos
En 2022, un proyecto residencial adoptó un sistema de aislamiento de pared de la junta de lana de roca. La fiesta de construcción eligió los pernos de anclaje de expansión ordinarios para reducir los costos, y la profundidad de anclaje era de solo 25 mm (requisito de diseño 40 mm). En el clima del tifón, cuando la presión del viento negativa alcanza 2.5 kPa, la resistencia a la tracción entre el perno de anclaje y la base de concreto aireada es inferior a 0.1 MPa, lo que resulta en el desprendimiento de toda la capa de aislamiento. Después de la inspección, se encontró que el contenido de polímero en el adhesivo era solo del 3% (requisito estándar mayor o igual al 8%), y la resistencia al corte en la interfaz entre la capa de yeso y el tablero de lana de roca era de solo 0.05 MPa, muy por debajo del requisito de especificación de 0.12 MPa.
Caso 3: Falla de difusión de metal en estructuras apiladas de semiconductores
Un cierto fabricante de dispositivos de energía utiliza ALN/SIN ₓ Capas de pasivación apiladas en la fabricación de hemts de nitruro de galio (GaN) para suprimir el colapso de corriente. Sin embargo, debido al control de temperatura incorrecto de la deposición de la capa SIN ₓ (450 grados reales frente a diseño de 400 grados), se generaron microgrietas con un ancho de 0.5 μm en la interfaz ALN/SI. En la prueba de polarización inversa de temperatura de 175 grados de alto -}, los átomos de aluminio se difundieron a lo largo de la grieta al canal GaN, lo que provocó una deriva de voltaje umbral de hasta 2 V, y el rendimiento del dispositivo cayó bruscamente del 95% al 60%.
3, Estrategias de prevención y control para el desapego entre capas
Selección de material y optimización de la interfaz
Diseño de material de gradiente: en PCB, se puede insertar una capa de transición de gradiente (como la resina epoxi llena de cerámica) entre los materiales de CTE altos y bajos para reducir el gradiente de CTE de 100 ppm/ grado a 20 ppm/ grado, reduciendo significativamente la tensión térmica.
Tecnología de modificación de la interfaz: el tratamiento con plasma de la placa de aislamiento XPS puede reducir su ángulo de contacto de la superficie de 90 grados a 20 grados y aumentar la resistencia de unión con mortero de polímero a 0.15 MPa. Del mismo modo, la introducción del tratamiento de hidrogenación en laminados MOS ₂/grafeno puede aumentar la energía interfacial en un 50% y lograr una resistencia de la exfago de 0.5 N/m.
Adhesivo funcional: el desarrollo de adhesivo de asfalto resistente a la temperatura alto - (como agregar nano sio ₂) puede aumentar el punto de ablandamiento de las tejas de asfalto en 20 grados a 80 grados, evitando la separación de la capa causada por el flujo. En el envasado de semiconductores, el uso de resina de benzoxazina en lugar de la resina epoxi tradicional puede reducir la tasa de hidrólisis de los laminados de óxido de silicio/óxido de silicio en un 90% a 150 grados.
Control de procesos e inspección de calidad
Tecnología de laminación de precisión: en la fabricación de PCB, la porosidad entre capas se puede controlar en<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.
Sistema de monitoreo en línea: en la fabricación de dibujos de cerámica laminados en espacios en blanco, se introducen las pruebas destructivas ultrasónicas no - para monitorear el estado de unión entre las capas Al ₂ O3/Tic en tiempo real. Cuando se detecta la amplitud de la onda reflejada como mayor de -30 dB, se juzga como un área de defectos.
Prueba de vida acelerada: realice 85 grados /85% de prueba de envejecimiento por calor húmedo HR en células solares apiladas. Cuando la descomposición de la eficiencia es superior al 5%, se activa el ajuste del parámetro del proceso. El equipo del Centro Nacional de Nanotecnología encontró a través de este experimento que la resistencia de la interfaz de la pila de grafeno/MoO3 aumentó tres veces después de 1000 horas y, por lo tanto, optimizó el proceso de control de la fuerza Van der Waals.
Especificaciones de diseño y formulación estándar
Principio de simetría: el diseño de PCB debe cumplir con los requisitos de simetría triple de "simetría de aluminio de cobre, simetría dieléctrica y simetría de potencia/tierra". Por ejemplo, se recomienda usar el "S - g - p - S - S - p - g -}} s: S: S: Sign Layer, G: G: P: P: P: Power Layer) para la capa Power) para 8-Layer, que puede ser la señal de la señal. ruta en un 40% y reduce la diafonía en 25 dB.
Diseño del factor de seguridad: en el sistema de aislamiento del edificio, el número de pernos de anclaje debe calcularse de acuerdo con el estándar JGJ 144-2019, con no menos de 6 pernos por metro cuadrado, y la profundidad de anclaje debe penetrar la capa base en 20 mm. Para las tablas de lana de roca, se deben agregar sujetadores mecánicos adicionales para aumentar el valor de resistencia a la presión del viento del sistema a más de 5 kPa.
Verificación de confiabilidad: los dispositivos semiconductores deben pasar la prueba de sesgo inverso de alta temperatura (HTRB) de acuerdo con el estándar JESD22-A110E. Después de 1000 horas de pruebas continuas a 150 grados y voltaje de sesgo del 80% del valor nominal, la corriente de fuga entre capas debe ser inferior a 1 μ A.
