DünnfilmspannungsmesssystemZur Erkennung von Restspannungen oder dynamischen Spannungen in einer dünnen Folie (Dicke von Nano bis Mikron), weit verbreitet in Halbleiterchips, flexibler Elektronik, optischer Beschichtung und anderen Bereichen. Die physikalischen Eigenschaften der unterschiedlichen Materialfolien (wie die hohe Härte der Metallfolie, das niedrige Elastizitätsmodul der Polymerfolie und die Zerbrechlichkeit der Halbleiterfolie) unterscheiden sich sehr stark und müssen durch das gemeinsame Design von "Prinzipienübereinstimmung - Feste Anpassung - Parameterkalibrierung - Umweltregelung" eine genaue Anpassung erreichen, um Messfehler aufgrund von Materialeigenschaften zu vermeiden (Zielfehler ≤ 5%).

Auswahl des Messprinzips: Übereinstimmung mit der Kernmethode nach den Materialeigenschaften

Abhängig von den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Materials ist die Wahl des geeigneten Spannungsmessingsprinzips die Grundlage für eine genaue Messung:

Biegemethode für steife Materialien: Metallfolien (wie Aluminiumfilm, Kupferfolie), Halbleiterfolien (wie Siliziumfilm) und andere steife Materialien (Elastizitätsmodul ≥ 100GPa), bevorzugt mit Laserbiegemethode - durch Messung der Veränderung der Biegekrümmung des Grundes vor und nach der Ablagerung der Folie (Genauigkeit ≤ 0,1m-¹), in Kombination mit der Stoney-Formel, um die Spannung zu berechnen. Dieses Material ist nicht leicht zu verändern, das Biegesignal ist stabil und kann die Spannungsänderungen genau widerspiegeln; Zum Beispiel bei der Messung metallischer Folien auf Siliziumfliechen kann der Laserfleckdurchmesser auf 50 μm eingestellt werden, um die räumliche Auflösung der Krümmungsmessung zu gewährleisten.

Die optische Interferenzmethode ist für flexible / transparente Materialien geeignet: Polymerfilm (wie PI-Film, PET-Film), transparente optische Film (wie ITO-Film) und andere flexible oder transparente Materialien (Elastizitätsmodul ≤ 10GPa, Lichtdurchlässigkeit ≥ 80%), geeignet für die Weißlichtinterferenz oder Phasenverschiebungsinterversionsmethode. Schäden an flexiblen Materialien durch Berührungsmessung durch Erkennung von optischen Phasenänderungen durch Folienspannungen (Genauigkeit ≤ 0,01 π) zu vermeiden; Beispielsweise bei der Messung der PI-Grundfolie eines flexiblen OLEDs wird ein berührungsloser Interferenzpfad verwendet, um zu verhindern, dass die Grunddeformation das Messergebnis beeinflusst.

Die Raman-Spektrometrie eignet sich für zerbrechliche / hochtemperaturige Materialien: Keramikfilm (wie Al₂O3-Film), Hochtemperaturlegierungsfilm und andere zerbrechliche oder hochtemperaturbeständige Materialien (Temperaturbeständigkeit ≥ 500 °C), wählen Sie die Raman-Spektrometrie - durch Analyse der Spannungsverschiebung durch die Raman-Spitze (Wellenzahl-Genauigkeit ≤ 0,1 cm-1), berechnen Sie die Spannungsverteilung. Diese Materialien brechen leicht durch äußere Kräfte, die berührungsfreien, mikrozonalen Messeigenschaften des Raman-Spektrums (Fleckdurchmesser ≤ 1 μm) können Schäden vermeiden und sich gleichzeitig an eine hohe Temperaturumgebung anpassen (mit einer hohen Temperaturprobenstand).

II. Fixierungsanpassung der Probe: Fixierungsschema nach Materialform

Für die Grundformform verschiedener Materialfolien (z. B. starrer Grund, flexibler Grund, Scheiben/Rollen) werden geeignete Befestigungseinrichtungen entwickelt, um die Stabilität der Probe bei der Messung zu gewährleisten:

Festlegung des steifen Substrats: Film auf Siliziumflatten, Glas und anderen steifen Substraten, mit Vakuum-Adsorptionsfixierung (Adsorptionsdruck 0,05-0,08MPa), um zusätzliche Spannungen durch mechanische Festlegung zu vermeiden; Zum Beispiel bei der Messung von Siliziumnitridfilmen auf einer 6-Zoll-Siliziumflatte passt der Durchmesser des Vakuumsaugscheibens zu der Siliziumflatte (6 Zoll), um sicherzustellen, dass die Substrate gleichmäßig beaufschlagt werden und keine lokalen Biegungen auftreten.

Flexible Basisfixierung: eine dünne Folie auf dem flexiblen Polymerboden (z. B. eine rollenförmige PI-Folie), mit einer spannungskontrollierten Fixierung - eine konstante Spannung (0,1-1N, je nach der Dicke der Folie angepasst) durch die Spannungsrolle an beiden Enden, um die Basis glatt und ohne zusätzliche Spannung zu halten; Die Spannungsschwankungen bei der Messung müssen ≤5% sein, um Spannungsänderungen als Spannungssignale zu vermeiden, z. B. bei der Erkennung der ultradünnen PI-Folie mit flexiblem Bildschirm, die Spannung auf 0,3N eingestellt ist, um die Gleichheit und keine Spannungsanforderungen auszugleichen.

Optimierung der Parameterkalibrierung: Korrektur des Modells nach den Materialparametern

Kalibrierung nach mechanischen Parametern wie Elastizitätsmodul, Poisson-Verhältnis und anderenDünnfilmspannungsmesssystemBerechnungsmodell, um Fehler durch Unterschiede in den Materialeigenschaften zu beseitigen:

Mechanische Parametereingabekalibrierung: Vor der Messung muss das Elastizitätsmodul des Materials (z. B. Aluminiumfilm 70GPa, PI-Membran 2,5GPa) und das Poisson-Verhältnis (z. B. Siliziumfilm 0,28, Polymermembran 0,4) genau eingegeben werden, um die Stoney-Formel, den Raman-Spitzenverschiebungs-Spannungsaufwandlungskoeffizienten und andere Kernrechenmodelle zu korrigieren. Beispielsweise bei der Messung verschiedener Metallfolien führt eine Abweichung des Eingangsmoduls der Aluminiumfilm um 10% zu einem Spannungsberechnungsfehler von mehr als 8%, der durch Standardproben (z. B. Kalibrierfilm mit bekannter Spannung) überprüft und korrigiert werden muss.

Messbereich Anpassung: entsprechend dem Spannungsbereich des Materials anpassen Sie den Messbereich des Systems - Metallfilm Restspannung ist in der Regel 10-500MPa, der Messbereich kann auf 0-1000MPa eingestellt werden; Die Spannung des Polymerfilms beträgt mehr als 1-50MPa und der Messbereich ist auf 0-100MPa eingestellt, um zu vermeiden, dass ein zu großer Messbereich zu einer unzureichenden Genauigkeit der geringen Spannungsmessung führt (z. B. Messung von 10MPa Spannung mit 1000MPa, der Fehler kann über 10% liegen).

4. Umweltkompensationseinstellung: Anpassung der Messumgebung an die Materialstabilität

Anpassung der Messumgebungsparameter für die Empfindlichkeit des Materials gegenüber Temperatur, Feuchtigkeit und Vibrationen, um die Messstabilität zu gewährleisten:

Temperatur- und Feuchtigkeitskompensation: Polymerfilm (wie PET-Film) ist empfindlich für Temperatur und Feuchtigkeit (1 ° C pro Temperaturänderung, Spannungsänderungen können über 10 MPa liegen), muss in einer konstanten Temperatur und Feuchtigkeit gemessen werden (Temperaturregelung 23 ± 0,5 ° C, Feuchtigkeit 50 ± 5% RH) und durch Umgebungssensoren die durch die Temperatur und Feuchtigkeit verursachte Spannungsabweichung in Echtzeit kompensieren; Beispielsweise bei der Messung von PI-Membranen für flexible Elektronen korrigiert das System einen integrierten Temperatur- und Feuchtigkeitskompensationsalgorithmus automatisch Messfehler, die durch Umweltfaktoren verursacht werden.

Anti-Vibration und elektromagnetische Abschirmung: Halbleiterfilm (z. B. Photogravierfilm), magnetische Film gegen Vibrationen (Vibrationsgröße über 1 μm beeinflusst die optische Messung), elektromagnetische Störungen empfindlich, das Messsystem muss eine Schockdämpfungstisch installieren (Vibrationsdämpfungsrate ≥ 90%) und eine elektromagnetische Abschirmung (Abschirmungsleistung ≥ 30 dB) verwenden, um externe Störungen zu vermeiden, die die Signalaufnahme beeinflussen, zum Beispiel wenn die Photogravierfilm in einem Halbleiterreinraum gemessen wird, kann die Schockdämpfungstisch die Vibrationen innerhalb von 0,1 μm kontrollieren.

Durch das obige Anpassungsprogramm,DünnfilmspannungsmesssystemEs kann die Messanforderungen von Metallen, Halbleitern, Polymeren, Keramiken und anderen Arten von Materialfolien abdecken, um sicherzustellen, dass die Spannungsmessgenauigkeit unter verschiedenen Materialien die Anforderungen von Anwendungsszenarien erfüllen kann (z. B. Halbleiterchip-Folienmessfehler ≤ 3%, flexible elektronische Folienfehler ≤ 5%), um die Leistungsoptimierung von Folienmaterialien und die Zuverlässigkeit der Geräte zu verbessern.