Hệ thống đo căng thẳng phimNó được sử dụng để phát hiện ứng suất còn lại hoặc ứng suất động trong màng mỏng (độ dày từ nano đến micron), được sử dụng rộng rãi trong chip bán dẫn, điện tử linh hoạt, lớp phủ quang học, v.v. Các bộ phim vật liệu khác nhau (chẳng hạn như độ cứng cao của màng kim loại, mô đun đàn hồi thấp của màng polymer, độ giòn của màng bán dẫn) có sự khác biệt lớn về đặc tính vật lý, cần phải thông qua thiết kế hợp tác "phù hợp nguyên tắc - phù hợp cố định - hiệu chuẩn tham số - điều chỉnh môi trường", để đạt được sự phù hợp chính xác, tránh lỗi đo lường do không phù hợp với đặc tính vật liệu (lỗi mục tiêu ≤5%).

I. Lựa chọn nguyên tắc đo lường: phù hợp với phương pháp cốt lõi theo đặc tính vật liệu

Theo các đặc tính cơ học và vật lý của vật liệu, việc lựa chọn nguyên tắc đo ứng suất phù hợp là cơ sở để đo lường chính xác:

Phương pháp uốn phù hợp với vật liệu cứng: vật liệu cứng như màng kim loại (ví dụ: màng nhôm, màng đồng), màng bán dẫn (ví dụ: màng silicon) và các vật liệu cứng khác (mô đun đàn hồi ≥100GPa), phương pháp uốn laser được ưu tiên - ứng suất được tính bằng cách đo sự thay đổi độ cong uốn của chất nền trước và sau khi lắng đọng màng (độ chính xác ≤0,1m⁻185;) kết hợp với công thức Stoney. Loại vật liệu này không dễ biến dạng, tín hiệu uốn ổn định, có thể phản ánh chính xác sự thay đổi ứng suất; Ví dụ, khi đo màng kim loại hóa trên tấm silicon, đường kính điểm laser có thể được đặt thành 50 μm, đảm bảo độ phân giải không gian đo độ cong.

Giao thoa quang học phù hợp với vật liệu linh hoạt/trong suốt: màng polymer (ví dụ: màng PI, màng PET), màng quang trong suốt (ví dụ: màng ITO) và các vật liệu linh hoạt hoặc trong suốt khác (mô đun đàn hồi ≤10GPa, truyền ánh sáng ≥80%), phù hợp với giao thoa ánh sáng trắng hoặc giao thoa pha. Tránh thiệt hại cho vật liệu linh hoạt bằng cách phát hiện sự thay đổi pha quang học (độ chính xác ≤0,01 π) do ứng suất của màng mỏng; Ví dụ, khi đo màng nền PI của OLED linh hoạt, đường dẫn ánh sáng giao thoa không tiếp xúc được sử dụng để ngăn chặn biến dạng cơ bản ảnh hưởng đến kết quả đo.

Phổ Raman phù hợp với vật liệu dễ vỡ/nhiệt độ cao: màng gốm (ví dụ: màng Al₂ O₃), màng hợp kim nhiệt độ cao và các vật liệu dễ vỡ hoặc chịu nhiệt độ cao (chịu nhiệt độ ≥500 ℃), phổ Raman được chọn - phân phối ứng suất được tính bằng cách phân tích sự dịch chuyển đỉnh Raman do ứng suất (độ chính xác số sóng ≤0,1cm ⁻185). Các vật liệu như vậy dễ bị vỡ do lực bên ngoài, các đặc tính không tiếp xúc, microzone (đường kính điểm ≤1 μm) của phổ Raman có thể tránh thiệt hại, đồng thời thích hợp với môi trường nhiệt độ cao (cần kết hợp với bảng mẫu nhiệt độ cao).

Thứ hai, phù hợp cố định mẫu: thiết kế sơ đồ cố định theo hình thái vật liệu

Đối với hình thức cơ sở của các bộ phim vật liệu khác nhau (chẳng hạn như cơ sở cứng nhắc, cơ sở linh hoạt, tấm/cuộn), thiết kế đồ đạc phù hợp để đảm bảo mẫu ổn định khi đo:

Cố định cơ sở cứng nhắc: bộ phim trên cơ sở cứng nhắc như tấm silicon, thủy tinh và như vậy, sử dụng cố định hấp phụ chân không (áp suất hấp phụ 0,05-0,08MPa), tránh căng thẳng thêm do kẹp cơ học; Ví dụ, khi đo màng silicon nitride trên tấm silicon 6 inch, đường kính hút chân không phù hợp với tấm silicon (6 inch), đảm bảo cơ sở chịu lực đồng đều và không bị uốn cục bộ.

Sửa chữa cơ sở linh hoạt: bộ phim trên cơ sở polymer linh hoạt (chẳng hạn như màng PI cuộn), được cố định bằng cách kiểm soát căng thẳng - áp dụng căng thẳng liên tục (0,1-1N, điều chỉnh theo độ dày của bộ phim) thông qua các con lăn căng thẳng ở cả hai đầu, giữ cho cơ sở phẳng và không có căng thẳng bổ sung; Khi đo biến động căng thẳng cần ≤5%, tránh thay đổi căng thẳng đánh giá sai tín hiệu căng thẳng, chẳng hạn như khi phát hiện màng PI siêu mỏng được sử dụng trong màn hình linh hoạt, căng thẳng được đặt thành 0,3N, cân bằng độ phẳng và không có yêu cầu căng thẳng.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Theo mô đun đàn hồi của vật liệu, tỷ lệ Poisson và các thông số cơ học khác, hiệu chuẩnHệ thống đo căng thẳng phimMô hình tính toán để loại bỏ lỗi do sự khác biệt về đặc tính vật liệu:

Các thông số cơ học đầu vào hiệu chuẩn: trước khi đo cần nhập mô đun đàn hồi của vật liệu (ví dụ: màng nhôm 70GPa, màng PI 2.5GPa), tỷ lệ Poisson (ví dụ: màng silicon 0.28, màng polymer 0.4) chính xác vào hệ thống, sửa chữa các mô hình tính toán cốt lõi như công thức Stoney, hệ số chuyển đổi ứng suất Raman Peak. Ví dụ, khi đo các bộ phim kim loại khác nhau, nếu độ lệch đầu vào của mô đun đàn hồi của màng nhôm là 10%, nó sẽ dẫn đến sai số tính toán ứng suất vượt quá 8%, thông qua các mẫu tiêu chuẩn (chẳng hạn như bộ phim hiệu chuẩn ứng suất đã biết) để xác minh và sửa đổi các thông số.

Phù hợp với phạm vi đo: điều chỉnh phạm vi hệ thống theo phạm vi ứng suất của vật liệu - ứng suất còn lại của màng kim loại thường là 10-500MPa, phạm vi có thể được đặt thành 0-1000MPa; Ứng suất màng polymer chủ yếu là 1-50MPa, phạm vi được đặt thành 0-100MPa, tránh phạm vi quá lớn dẫn đến độ chính xác đo lường ứng suất thấp không đủ (ví dụ: đo ứng suất 10MPa với phạm vi 1000MPa, lỗi có thể vượt quá 10%).

IV. Điều chỉnh bồi thường môi trường: phù hợp với môi trường đo lường theo sự ổn định của vật liệu

Đối với sự nhạy cảm của vật liệu với nhiệt độ, độ ẩm và độ rung, điều chỉnh các thông số môi trường đo lường để đảm bảo sự ổn định đo lường:

Bù nhiệt độ và độ ẩm: màng polymer (như màng PET) nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm (nhiệt độ thay đổi 1 ℃, thay đổi ứng suất có thể vượt quá 10 MPa), cần được đo trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm không đổi (kiểm soát nhiệt độ 23 ± 0,5 ℃, độ ẩm 50 ± 5% RH), và bù thời gian thực cho độ lệch ứng suất do nhiệt độ và độ ẩm gây ra bởi cảm biến môi trường; Ví dụ, khi đo màng PI cho điện tử linh hoạt, hệ thống tích hợp thuật toán bù nhiệt độ và độ ẩm, tự động sửa lỗi đo do các yếu tố môi trường gây ra.

Chống rung và che chắn điện từ: màng bán dẫn (chẳng hạn như màng in thạch cao), màng từ tính để rung (biên độ rung hơn 1μm sẽ ảnh hưởng đến phép đo quang học), nhiễu điện từ nhạy cảm, hệ thống đo lường cần lắp đặt bảng giảm xóc (tốc độ suy giảm rung ≥90%), và sử dụng lá chắn điện từ (năng lượng hiệu ứng che chắn ≥30dB), tránh nhiễu bên ngoài ảnh hưởng đến việc thu thập tín hiệu, chẳng hạn như khi đo màng in thạch cao trong phòng sạch bán dẫn, bảng giảm xóc có thể kiểm soát rung động trong vòng 0,1μm.

Thông qua phương án thích hợp trên,Hệ thống đo căng thẳng phimNó có thể bao gồm kim loại, chất bán dẫn, polymer, gốm và các nhu cầu đo lường của nhiều loại vật liệu khác nhau, đảm bảo độ chính xác đo ứng suất dưới các vật liệu khác nhau có thể đáp ứng các yêu cầu của kịch bản ứng dụng (chẳng hạn như lỗi đo màng chip bán dẫn ≤3%, lỗi màng điện tử linh hoạt ≤5%), để tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu màng và nâng cao độ tin cậy của thiết bị cung cấp hỗ trợ dữ liệu.