Устройство для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам

Обзор литературы по адгезионной прочности пленок с подложками показал, что в настоящее время в промышленности нет достаточно совершенных способов и установок контроля адгезии пленок.

Рассмотрим некоторые способы контроля адгезионной прочности пленок. Широко используется в производстве метод отрыва пленки от подложки.

К основным недостаткам данного метода следует отнести следующие:

• трудоемкость контроля адгезионной прочности пленки к подложке, особенно к подложке с большим количеством пленочных площадок различной площади и конфигурации;

• сложность проведения отрыва строго одновременно по всей площади контакта, так как при неодновременном отрыве возникают дополнительные напряжения в граничной области, искажающие результаты измерений;

• погрешность измерений адгезионной прочности из-за дефектности слоя припоя или клея, находящегося между присоединенным образцом и пленкой;

• уменьшение измеряемого значения адгезии при возникновении термических напряжений в пленке и подложке после проведения процессов присоединения штыря, цилиндра или проволоки;

• влияние состава припоя или клея на изменение значения адгезионной прочности в процессе старения паяных или клеевых соединений;

• зависимость адгезионной прочности от угла приложения силы отрыва;

• влияние давления окружающей среды, а также кислорода либо паров воды на работу отслаивания пленки от подложки;

• сложность приготовления пленочных образцов для определения адгезионной прочности, так как дефекты на поверхности пленки (пылинки, микрокапли испаряемого металла) могут привести к разрыву пленки во время испытания на отрыв;

Для контроля адгезии тонких металлических пленок к диэлектрической подложке часто используют электромагнитные методы. Например, подложку с пленкой размещают в электромагнитном поле заданной частоты и увеличивают его напряженность до отслоения пленки. При этом частоту электромагнитного поля задают 50 Гц, а через металлическую пленку пропускают электрический ток. В других случаях электромагнитное поле может быть сверхвысокой частоты.

Недостатком данного способа является низкая точность контроля адгезии, поскольку при пропускании через металлическую пленку электрического тока последняя нагревается, а в случае исключения пропускания тока через пленку электромагнитное поле не обеспечивает возникновения достаточной отрывающей силы для отрыва пленки от подложки. Кроме того, наличие переменного электромагнитного поля ведет к тому, что на металлическую пленку действует знакопеременная сила, так как вектор переменного электромагнитного поля периодически меняет свое направление, и, в зависимости от направления вектора, сила будет либо отрывать металлическую пленку от подложки, либо вдавливать ее в подложку. При значительной величине напряженности электромагнитного поля возможно деформирование и растрескивание подслоя пленки, что будет вносить неточность в определение адгезионных характеристик. Но основным недостатком является необходимость применения токоподводящих контактов к металлической пленке для пропускания по ней тока. При контроле адгезии малых металлических площадок на подложках токоподводящие контакты должны вплотную располагаться на пленке, что ведет к их воздействию (давлению) на пленку, искажая адгезионную картину.

Использование переменного электромагнитного поля сверхвысокой частоты создает в любой точке пространства (как в металлическом покрытии, так и в диэлектрической подложке) вихревое электрическое поле независимо от того, находится ли в этой точке проводник или нет, что ведет к разогреву материала диэлектрической подложки и возможному ее разрушению. Кроме того, из-за разных коэффициентов термического расширения материала подложки и пленки при разогреве в сильном электромагнитном поле возникает отрыв пленки от подложки вследствие возникновения термических напряжений.

Другие методы контроля адгезии (нагрев электронным лучом или лазером, царапание иглой, вдавливание в пленку индентора) возможны на отдельных участках пленки. Эти методы являются разрушающими и могут быть использованы только на опытных образцах при отработке технологии получения пленочных покрытий. Они не пригодны для оценки адгезионной прочности пленок на готовых изделиях.

Нами разработано специальное устройство (рис. 3.12), которое работает следующим образом. Исследуемые подложки 23 располагаются на верхней части вакуумной камеры 21 над отверстиями 22, затем из камеры откачивается воздух и подложки плотно прижимаются к вакуумной камере. С компрессорного блока 19 через сопло 18 на место контакта пленки 24 с подложкой 23 под избыточным давлением поступает узконаправленная воздушная струя, которая создает отрывное усилие пленки от подложки. Скорость истечения воздушной струи задается таким образом, чтобы, обеспечить надлежащий уровень контроля адгезионной прочности контактного слоя подложка – пленка без его разрушения. Затем с манипулятора 8 поступает электрическое напряжение на двигатель реверсивной червячной передачи 5. В результате этого подвижная каретка 4, перемещается на линейном подшипнике 3 по направляющим 2 относительно исследуемых подложек 23. При этом сопло 18 проходит над каждой пленочной площадкой 24, отрывая ее от подложки за счет воздействия потока воздуха.

Рис. 3.12. Схема устройства для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам: 1 – основание; 2 – направляющие; 3 – подшипник; 4 – каретка; 5 – червячная передача; 6 и 7 – переключатели реверса; 8 – манипулятор; 9 – ролик; 10 – липкая масса; 11 – опорная вилка; 12 – сердечник; 13 – электромагнит; 14 – пружина; 15 – винт; 16 – оптическая шторка; 17 – фоторегистрирующий преобразователь; 18 – сопло; 19 – компрессорный блок; 20 – блок фиксации перемещения; 21 – вакуумная камера; 22 – отверстия; 23 – подложки; 24 – пленочные площадки

При движении каретки над соплом по исследуемым подложкам и пленочным площадкам прокатывается контрольный ролик 9, на поверхности которого находится липкая масса 10. Отслоившиеся пленочные площадки прилипают к липкой массе контрольного ролика и отрываются. Усилие прижатия контрольного ролика осуществляется сжатием микрометрического винта 15 тарированной пружины 14, передающимся на контрольный ролик при помощи опорной вилки 11. После того как подвижная каретка пройдет над последней подложкой, она замыкает концевой переключатель реверса 6 и 7, электрический сигнал с которого поступает на манипулятор вертикального перемещения 8, откуда усиленный электрический сигнал поступает на обмотку тягового электромагнита 13. Сердечник 12, жестко закрепленный на опорной вилке 11, втягивается в электромагнит, поднимая контрольный ролик над исследуемой подложкой. Одновременно электрический сигнал с манипулятора поступает на двигатель реверсивной червячной передачи, и каретка начинает перемещаться в обратном направлении до срабатывания концевого переключателя реверса. Электрический сигнал с этого концевого переключателя поступает на манипулятор, который отключает действие электромагнита, при этом контрольный ролик вновь под действием тарированной пружины прижимается к новой партии подложек, и каретка идет в обратном направлении. Все операции после этого вновь повторяются. Контроль прижатия ролика осуществляется при помощи оптической шторки 16 фоторегистрирующего преобразователя 17 и электронного блока-фиксации перемещения 20.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: