通孔镀铜寿命的热应力分析

热喷涂涂层残余应力分析及研究进展分析了热喷涂涂层中残余应力产生的起因，总结了涂层残余应力的测量方法，并提出了进一步展望，对涂层残余应力的研究具有重要的意义。

标签：热喷涂；残余应力；测量方法随着新工艺和新材料的不断开发和应用，热喷涂涂层正在越来越多的领域发挥着耐腐蚀、耐磨损、耐高温等作用，极大地提高了零件的使用寿命。

但是，热喷涂过程中由于涂层与基体之间存在较大的温度梯度和物理特性差异而造成的残余应力，严重地影响涂层的使用寿命。

因此，热喷涂涂层中残余应力的研究有着十分重要的意义。

1.残余应力的产生原因由于热喷涂材料制备工艺涉及高温、大温变或高升温率等环节，材料成晶中必然存在大于通常的机加工的残余应力。

其残余应力与等离子体状态、基体和粉末的性能、样品的几何尺寸和形状、约束方式、材料微结构、温度、瞬态效应和耦合效应以及工作环境等诸多因素有关。

主要原因可以归纳为以下三个方面：1.1本征应力在等离子喷涂过程中当熔融的喷涂颗粒高速运动撞向基体时，颗粒从熔融温度降到基体温度或前一涂层温度时快速冷却、急剧收缩，造成材料的变形，材料的相变和状态变化的不均匀引起残余应力，这种残余应力是等离子喷涂涂层沉积过程中所固有的，为涂层的本征应力。

如图1所示：式中，αd是沉积物的热膨胀系数，E0是室温下涂层材料的弹性模量，ΔT′是喷涂材料熔点同基体温度的差值。

1.2热失配应力喷涂材料和基体材料热物理系数的差异是造成涂层残余应力的另外一种因素。

在沉积过程中喷涂材料与基体材料的热膨胀系数和弹性模量不同，在喷涂过程完成后涂层和基体冷却到室温时产生的一种热不匹配应力。

同时在等离子喷涂涂层沉积过程中，温度的改变、应力弛放过程化学成分的变化以及相结构的变化均可引起残余应力的变化。

如图2所示：式中，EC是涂层的弹性模量，αc和αs分别是涂层和基体的热膨胀系数，ΔT 是温度差值。

1.3 热梯度效应热喷涂材料制备工艺的主要特点之一是瞬态喷射。

即被等离子体射流加热熔化的高温粉末熔滴瞬间内高速喷射到基体表面上，在沉积层中产生热梯度，与非弹性效应一样，热梯度现象也产生残余应力。

收稿日期:2007207212;　定稿日期:2007209220基金项目:西安-应用材料创新基金资助项目(XA 2AM 2200501)・研究论文・铜互连应力模拟分析刘　彬,刘　静,汪家友,杨银堂,吴振宇(西安电子科技大学　微电子学院,西安　710071)摘　要:　建立了三维有限元模型,采用ABAQU S 有限元分析软件,模拟计算了Cu 互连系统中的热应力分布;通过改变通孔直径、铜线余量、层间介质等,对比分析了互连结构对热应力分布的影响。

结果表明,互连应力在金属线中通孔正下方铜线顶端处存在极小值,应力和应力梯度在下层铜线互连顶端通孔两侧处存在极大值。

应力和应力梯度随着通孔直径或层间介质材料介电常数的减小而下降,应力随铜线余量长度的减小而增大。

双通孔结构相对于单通孔结构而言,靠近下层金属线末端的通孔附近应力较大,但应力梯度较小。

关键词:　铜互连;热应力;有限元分析中图分类号:　TN405.97 文献标识码:　A 文章编号:100423365(2008)022*******Simulation of Stress for Cu InterconnectsL IU Bin ,L IU Jing ,WAN G Jiayou ,YAN G Y intang ,WU Zhenyu(Microelect ronics I nstit ute ,X i dian Universit y ,X i ’an ,S haanx i 710071,P.R.Chi na )　Abstract :　Thermal stress in Cu interconnects was analyzed using three 2dimensional finite element analysis.Dif 2ferent interconnect structures including various via diameter ,residual length ,and dielectric material were investiga 2ted to analyze the effect of structure on thermal stress.The results indicated that stress reached the minimum value on the area of the top of the down line underneath the via.Stress and stress gradient reached the maximum value on the top surface of down line under both sides of the via.Stress and stress gradient decrease with via diameter or die 2lectric constant of ILD ,and stress increases as the residual length pared with signal via structure ,stress along the down line of double 2via structure is smaller with larger stress gradient.K ey w ords :　Cu interconnects ;Thermal stress ;Finite element analysisEEACC :　2570A 1　引　言随着集成电路技术的不断发展,运算速度越来越快,电路的RC 延时和串扰已经成为制约集成电路进一步发展的一个重要因素。

焊接接头的应力分析与疲劳寿命预测引言：焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个领域，但焊接接头存在着应力集中的问题，这对接头的结构强度和疲劳寿命产生了重要影响。

本文将介绍焊接接头的应力分析方法，并探讨如何预测焊接接头的疲劳寿命。

一、焊接接头应力分析焊接接头的应力分析是确定接头受力情况的重要步骤，它可以帮助工程师了解接头在使用过程中可能遇到的应力状态，从而优化接头的设计和材料选择。

1.1 焊接接头的力学行为焊接接头受外力作用后，会产生局部应力集中现象。

由于焊接过程中金属的快速冷却，焊接接头区域的热影响区（HAZ）通常会出现较高的残余应力。

此外，焊接接头还可能受到静载荷、动载荷和温度变化等多种力的作用。

1.2 应力分析方法应力分析方法包括数值计算方法和实验方法。

其中数值计算方法可以利用有限元分析（FEA）软件来模拟焊接接头的受力情况，从而获得应力分布和应力集中程度。

实验方法则可以通过栅片法或应力测量仪器来直接测量焊接接头的应力。

二、焊接接头疲劳寿命预测方法焊接接头的疲劳寿命是指接头在疲劳载荷下可以承受的循环次数。

在设计阶段对接头的疲劳寿命进行预测，可以帮助工程师评估接头的可靠性，选择合适的焊接方法和材料。

2.1 空间分析法空间分析法是一种经验公式法，通过分析焊接接头的几何形状和加载方式，选择适当的公式来预测接头的疲劳寿命。

这种方法简单易行，但对于复杂的接头结构可能存在较大误差。

2.2 应力度分析法应力度分析法是一种基于应力水平和应力幅度的预测方法。

首先，通过应力分析方法获得焊接接头的应力分布。

然后，根据应力水平和应力循环次数曲线，计算接头的疲劳寿命。

2.3 谐波应力分析法谐波应力分析法是一种综合考虑应力幅度和频率的方法。

它通过分析焊接接头的应力历程，计算出接头在谐波载荷下的疲劳寿命。

这种方法适用于接头受到频繁循环载荷的情况。

三、应力分析与疲劳寿命预测的应用实例为了更好地理解焊接接头的应力分析和疲劳寿命预测，以下将介绍一个实际应用案例。

pcb热应力测试方法PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是一种将电子元器件连接起来并提供电气连接的基础设备。

在PCB的制造和使用过程中，温度变化会导致PCB板材上的铜箔和玻璃纤维增强材料的热膨胀系数不同，从而引起PCB板出现热应力问题。

热应力会导致PCB板变形、断裂，严重时还会影响电路性能和可靠性。

因此，进行PCB热应力测试非常重要。

本文将介绍两种常见的PCB热应力测试方法。

一、重力拉伸测试法重力拉伸测试法是一种常用的PCB热应力测试方法，其主要原理是利用热膨胀现象来测量PCB板的热应力。

1. 实验原理：PCB在热应力作用下会发生热膨胀，而热膨胀系数不同的材料之间会引起应力。

由于PCB板材大部分由铜箔和玻璃纤维增强材料组成，所以测量铜箔和玻璃纤维增强材料的热膨胀系数即可了解PCB板的热应力。

2. 实验步骤：（1）制备试样：根据实际需求，选择合适尺寸的PCB板，将其切割成相应的试样。

（2）定量测量：使用热膨胀仪或光学测量仪器，测量不同温度下铜箔和玻璃纤维增强材料的膨胀量。

（3）计算热应力：根据测量结果和材料的热膨胀系数，计算得到PCB板的热应力。

3. 实验注意事项：（1）选择合适的测量仪器：根据实际需要，选择合适的热膨胀仪或光学测量仪器，确保测量的准确性和可靠性。

（2）控制实验条件：在进行实验前，需要准备好实验环境，包括温度控制设备等，以保证实验的稳定性和重复性。

（3）重复实验：为了保证实验结果的可靠性，建议重复多次实验，取平均值作为最终结果。

二、有限元分析法有限元分析法是一种常用的工程数值分析方法，可以用来模拟和分析PCB板在热应力下的变形情况。

1. 实验原理：有限元分析法基于力学和数学原理，通过网格划分和数值算法来近似求解连续介质的应力和位移场。

对PCB板进行有限元分析，可以得到其在热应力下的变形情况，并进一步评估其力学性能和可靠性。

2. 实验步骤：（1）建立模型：使用相应的有限元建模软件，建立PCB板的有限元模型。

通孔镀铜技术详解通孔镀铜技术详解在印制电路板制造技术中，虽关键的就是化深沉铜工序。

它主要的作用就是使双面和多层印制电路板的非金属孔，通过氧化还原反应在孔壁上沉积一层均匀的导电层，再经过电镀加厚镀铜，达到回路的目的．要达到此目的就必须选择性能稳定、可靠的化学沉铜液和制定正确的、可行的和有效的工艺程序。

一．工艺程序要点：1．沉铜前的处理；2.活化处理；3．化学沉铜。

二．沉铜前的处理：1．去毛刺：沉铜前基板经过钻孔工序，此工序虽容易产生毛刺，它是造成劣质孔金属化的最重要的隐患。

必须采用去毛刺工艺方法加以解决。

通常采用机械方式，使孔边和内孔壁无倒刺或堵孔的现象产生．2．除油污：⊙油污的来源：钻头由于手接触造成油污、取基板时的手印及其它。

⊙油污的种类：动植物油脂、矿物等。

前者属于皂化油类；后者属于非皂化油类。

⊙油脂的特性：动植物油类属于皂化油类主要成分高级脂肪酸，它与碱起作用反应生成能溶于水的脂肪酸盐和甘油；矿物油脂化学结构主要是石腊烃类，烯属烃及环烷属烃类和氯化物的混合物，不溶于水也不与碱起反应。

⊙除油处理方法的选择依据：根据油的性质、根据油沾污的程度。

⊙方法：采用有机溶剂和化学及电化学碱性除油。

⊙作用与原理：□可皂化性油类与碱液发生化学反应生成易溶于水的脂肪酸盐和甘油。

反应式如下：(C17H35COO)3十3NAOH3C17H35COON a+C2H5(OH)2□非皂化油类：主要靠表面活性剂如OP乳化剂、十二烷基磺酸钠、硅酸钠等。

这些物质结构中有两种基团，一种是憎水性的；一种是亲水性．首先乳化剂吸附在油与水的分界面上，以憎水基团与基体表面上的油污产生亲和作用，而亲水基团指向去油液，水是非常强的极性分子，致使油污与基体表面引力减少，借者去油液的对流、搅拌，油污离开基体表面，实现了去油的最终目的。

3.粗化处理：⊙粗化的目的：主要保证金属镀层与基体之间良好的结合强度。

⊙粗化的原理：使基体的表面产生微凹型坑，以增大其表面接触面积，与沉铜层形成机械钮扣结合，获得较高的结合强度。

PCB的热应力测试是为了评估PCB在高温环境下的耐久性和稳定性，通常包括以下几种方法：1. 热台试验：将PCB固定在热台上，并采用恒定的温度和湿度条件进行测试。

该测试方法可用于评估PCB在极端高温环境下的耐受能力，如150°C至200°C。

2. 温度循环试验：将PCB置于温度循环试验仪中，使其在不同的温度范围内进行周期性的加热和冷却。

该测试方法可用于模拟PCB在实际使用中由于温度变化引起的热应力情况。

3. 热冲击试验：将PCB置于热冲击试验仪中，快速加温到高温并迅速降温，以模拟PCB在极端温度变化条件下的热应力情况。

该测试方法可用于评估PCB在电子设备开关机和运行条件下的性能。

4. 恒温恒湿试验：将PCB置于恒温恒湿试验箱中，并将温度和湿度维持在恒定的水平，以测试PCB在高温高湿环境下的耐受能力。

该测试方法可用于评估PCB在潮湿环境下的性能。

5. 可靠性试验：将PCB置于实际电子设备中，并进行长时间的运行，以模拟PCB在实际使用中的应力情况。

该测试方法可用于评估PCB的寿命和可靠性。

当进行PCB热应力测试时，可以采用以下详细步骤：1. 确定测试条件：根据实际需求和应用环境，确定适当的温度范围、湿度要求和测试持续时间。

这些参数通常会在相关标准或规范中给出。

2. 准备测试设备：根据所选的测试方法，准备相应的测试设备，如热台试验设备、温度循环试验仪、热冲击试验仪或恒温恒湿试验箱。

确保设备的准确性和稳定性。

3. 准备样品：选择代表性的PCB样品，并确保它们符合设计规范和生产标准。

样品应具有典型的构造、焊接和组装方式。

4. 安装样品：根据测试设备的要求，将PCB样品正确安装在测试夹具或固定装置上，以确保样品与测试设备的良好接触和热传导。

5. 设定测试参数：根据所选的测试方法和测试设备，设置适当的温度、湿度和测试时间参数。

确保参数的准确性和稳定性。

6. 运行测试：启动测试设备，使其按照预定的温度和湿度条件进行测试。

高纯铜箔在PCB制造中的应力分析引言：高纯铜箔是PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）制造过程中经常使用的一种重要材料。

PCB是电子产品的基础，而铜箔作为PCB的导电层，承担着连接电子元器件的重要角色。

然而，由于PCB制造过程中会受到机械力和热力的影响，导致铜箔产生应力，进而可能对PCB的性能和可靠性产生影响。

因此，深入了解和分析高纯铜箔在PCB制造过程中的应力情况具有重要意义。

一、高纯铜箔在PCB制造过程中的应力形成原因在PCB制造过程中，高纯铜箔可能会受到以下因素的影响而产生应力：1. 温度变化：在制造PCB的过程中，会涉及到高温、低温等不同温度条件。

铜箔由于热胀冷缩，会受到温度变化所带来的应力影响。

2. 工艺处理：PCB的制作涉及到化学蚀刻、机械锁槽等工艺步骤，这些工艺会对铜箔产生机械应力。

3. 孔洞处理：PCB中存在着大量的孔洞，其中包括贯穿孔、盲孔和镂空等。

在孔洞的制造过程中，铜箔会因机械冲压或化学蚀刻而受力，从而产生应力。

4. 基板材料：PCB制造中所使用的基板材料的热胀系数、弹性模量等物理性质会对铜箔的应力形成产生影响。

二、高纯铜箔在PCB制造中的应力分析方法为了准确分析高纯铜箔在PCB制造中的应力情况，可以运用以下方法：1. 数值模拟：通过有限元分析等数值模拟方法，可以对PCB制造中的各个工艺环节进行模拟，据此预测高纯铜箔的应力情况。

2. 实验测量：利用应变计等实验仪器，可以对高纯铜箔在不同制造工艺下的应力进行实时测量和分析。

3. 结构优化：通过改变PCB的设计和工艺参数等方式，可以减少高纯铜箔在制造过程中的应力积累，提高其性能和可靠性。

三、高纯铜箔在PCB制造中应力的影响及解决方法高纯铜箔在PCB制造过程中的应力会对PCB的性能和可靠性产生一定的影响。

下面我们就此进行分析并提出相应的解决方法：1. 剥离和开裂现象：应力过大会导致高纯铜箔与基板之间剥离、开裂等现象。

镀层内应力简介及测定方法公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]镀层内应力简介及测定方法现代电镀网讯：一、镀层内应力简介镀层内应力是金属电沉积过程中由于操作条件和镀液组成的影响，使金属电结晶过程中对应结晶长大过程中的受力而出现的一种平衡力。

由于不是受外力引起的应力，所以称之为内应力。

镀层内应力是镀层性能的一项重要指标，测量镀层内应力对于了解电沉积的机械性能有重要的参考价值。

同时也是评论电镀过程中影响内应力因素的重要手段。

从微观的角度来看，镀层内应力也是金属电沉积过程中，金属原子进入晶格结晶时排列次序受到非正常电沉积的累积，比如表面活性剂或光泽剂的分解产物的夹杂、晶形改变、工艺条件变化引起的极化对结晶过程的影响等，会在局部引起微观力学改变，当积累的微观内应力达到一定值时，严重的会在释放过程中使镀层在宏观上出现起皮、甚至开裂。

如果力量不足以达到破坏镀层而释放时，就表现为内应力，并且会在受到诱因时释放而表现为镀层的脆性等。

二、镀层内应力的测定方法1、条形阴极法镀层内应力测试现在已经有多种仪器可以进行。

这些测试方法所依据的原理在薄金属片上进行单面电镀后，由于镀层的不同内应力而使试片发生变形而弯曲，再根据试片弯曲的程度等参数来计算出相应的内应力。

一种可供现场管理实用的测试方法是条形阴极法。

取长×宽×厚度为200mm×10mm×0.15mm的纯铜试片，经过退火处理以消除机加工产生的内应力。

小心地进行除油和酸洗之后，将试片的一个面进行绝缘处理，然后在被测镀液内，让试片受镀面竖直平行于阳极，按被测镀液的工作条件与要求进行电镀。

完成电镀之后，对试片进行小心清洗和低温干燥后，根据其变形情况来判断镀层产生内应力的情况。

如果试片仍然保持平直，可以认为镀层的内应力为零。

不过宏观表现为零的应力测试结果不等于镀层没有内应力。

有时是两种添加剂的作用使不同方向的内应力互相抵消的结果。