Proves de la resistència d'adherència del recobriment TaC CVD i els riscos de pelat

Per a recobriments especials sobre el grafit, Tac de malalties cardiovasculars i Recobriment CVD Sic En les peces de màquines de fabricació de xips d'alta temperatura, el rendiment d'unió del recobriment a la peça és el més important per a la vida útil de les peces. Una unió feble provoca petites esquerdes i despreniments en els processos de calor i refredament, generant contaminants o una protecció desigual i la fallada del procés. Moltes peces tenen bon aspecte al principi a la fàbrica i la vora es despren després d'usar-les diverses vegades. Per tant, s'ha de provar la resistència de l'unió abans d'utilitzar les peces a la fàbrica per evitar fallades inesperades a les màquines.

Proves d'adhesió estàndard per a recobriment CVD TaC sobre substrats de grafit

Per esbrinar la resistència relativa, es duen a terme diverses proves qualitatives a les fàbriques; la primera és la prova de ratllat. En aquesta prova, es passa una punta de diamant sobre el recobriment sota una força creixent; si la pel·lícula s'esquerda, s'esquerda o es desprèn de la capa de grafit prematurament, mostra una mala adherència. Aquesta és una prova senzilla però mostra resultats clars abans que les peces entrin en servei.

Una altra prova ràpida és la prova de la cinta, en què s'aplica cinta adhesiva a la pel·lícula i després es retira; si les escates es desprenen amb la cinta, la unió amb la base de grafit pot ser feble. Aquesta és una prova preliminar ràpida que s'utilitza als laboratoris abans de proves més rigoroses.

L'escalfament i el refredament repetits també són extremadament populars, perquè el procés imita perfectament el d'una aplicació real. Els recobriments resistents no mostren efectes negatius, mentre que els recobriments més febles comencen a descamar-se o pelar-se per la vora. En una situació de fàbrica, els recobriments van fallar en la segona comprovació després de ser escalfats repetidament (pelant-se per les vores), tot i que això es va deure a una contaminació del substrat abans de l'aplicació.

L'altra prova és la prova d'arrencada (on s'enganxa un pern al recobriment i després s'estira fins que el substrat se'n separa), que dóna un valor continu, és bona per a la comparació de lots però pot trigar un temps considerable a realitzar-se. La prova d'indentació s'utilitza com a prova visual i quantificable, on es clava un punt dur al recobriment i es mesura l'abast de la formació d'esquerdes. Si es realitzen correctament juntes, aquestes proves garanteixen una bona integritat del recobriment.

Senyals d'alerta primerencs de despreniment del recobriment de TaC en aplicacions d'epitàxia

Aquest tipus de màquines tenen molt pocs casos en què la delaminació del recobriment es produeixi de manera inesperada. La majoria de les vegades es produeix un petit canvi a la peça que passa desapercebut. El canvi de color del recobriment apareix força aviat. Un recobriment nou hauria de semblar uniforme i llis, però sota tensió alguna part apareix de color apagat, especialment al llarg de les vores, les cantonades i les zones amb molta calor.

Sovint també hi ha un aixecament de vora molt petit que sembla una capa de recobriment als límits si es mira amb la llum amb l'angle adequat i/o amb un augment més gran. En una línia de fabricació, un treballador de neteja va notar partícules fines de pols al costat de la vora de la peça i va descobrir que la descamació ja començava a la vora.

Les esquerdes fines també indiquen problemes. Les esquerdes inicials són fines i superficials i apareixen en zones d'estrès tèrmic, i finalment es connecten per formar regions més grans d'esquerdament si no es repara l'esquerda. Altres indicadors subtils inclouen l'augment dels nivells de partícules o pols dins de la cambra.

Tot i que no es pugui veure cap defecte aparent al recobriment, les partícules es poden desprendre del recobriment durant el funcionament i es poden observar en monitors abans d'una fallada catastròfica. La rugositat pot augmentar, ja que un recobriment que abans era llis desenvolupa un aspecte granulós a causa de la degradació de la capa superior del recobriment.

Com que un petit defecte a la vora pot convertir-se en una fallada més gran que comprometi la qualitat i requereixi un temps d'inactivitat de la màquina, és important identificar aquests indicadors precoços.

Efectes del cicle tèrmic en peces epitaxials recobertes de TaC per CVD

Com que els components recoberts s'escalfen i es refreden repetidament durant el dia, es desenvolupen tensions molt fortes al recobriment amb el temps. Quan els components s'escalfen, el recobriment i el grafit s'expandeixen, però a velocitats diferents. Per tant, cada cicle de calor desenvolupa tensions entre els dos materials a la interfície. Quan el component es refreda, la tensió es gira a l'inrevés. Un cicle d'escalfament i refredament no causarà cap dany, però durant centenars d'aquests cicles es desenvolupa una petita tensió interna.

El recobriment seria relativament suau i estable, però després de cicles repetits de canvis de temperatura es desenvoluparien petites zones d'estrès a les vores més afilades o un escalfament desigual. La part central del component es mantindria durant molt de temps, i la part exterior del component es desgastaria en eines reals. Una petita esquerda a la vora dels components és un exemple comú; després de nombrosos usos, es desenvoluparia a la vora i començaria a créixer a mesura que l'estrès la força a separar-la després de cada cicle de calor i es desprendrien petites escates.

Amb l'escalfament i el refredament repetits, la matriu interna del recobriment es desgasta, de manera que pocs components superarien la prova inicial; tanmateix, després d'un ús prolongat (uns quants mesos) encara serien propensos a patir danys. En un cas, les peces van començar a desprendre's després d'uns quants centenars de cicles a causa de l'escalfament ràpid que creava una tensió extremadament gran en comparació amb l'escalfament lent.

Mètodes de pretractament superficial per millorar la resistència de l'adhesió del recobriment

Cal dur a terme una preparació important a les peces de grafit abans d'aplicar qualsevol tipus de recobriment perquè la capa s'adhereixi. Una mala preparació d'un bon recobriment simplement provocarà que el recobriment falli massa aviat. La neteja profunda d'una peça de grafit és un aspecte d'aquesta preparació. El grafit atrapa fàcilment pols molt fina, olis residuals o partícules de mecanitzat dins dels seus porus. Aquests elements impedeixen físicament que el recobriment entri en contacte directe amb la base.

Fins i tot una pel·lícula microscòpica d'oli crearà zones febles a la unió, que es convertiran en llocs on s'iniciï el despreniment. Normalment s'utilitzen solucions de neteja específiques o, de vegades, la peça es cou en un forn per eliminar qualsevol residu profund.

El següent és assegurar-se que la superfície estigui lleugerament rugosa per augmentar l'adherència efectiva que tindrà el recobriment en comparació amb si la superfície fos perfectament llisa. Això s'aconsegueix generalment mitjançant sorrejat o manipulació de màquines-eina per aconseguir una superfície d'adherència rugosa però relativament estable perquè el recobriment s'hi pugui "enganxar" mecànicament, o mitjançant l'ús de tractaments de plasma que bombardegen momentàniament la superfície de grafit amb gas per activar-la i predisposar-la químicament a ser compatible amb els materials de recobriment sense tenir efectes adversos sobre la forma del substrat.

Els tractaments tèrmics de les peces de grafit s'utilitzen abans del recobriment, ja que la cocció a alta temperatura d'una peça pot expulsar els gasos atrapats dins del material. Aquests gasos podrien escapar mentre es diposita un recobriment, creant el lloc ideal per a un punt feble o una butllofa sota el recobriment. Aquests processos generalment es combinen.

Anàlisi de fallades d'anells recoberts de TaC utilitzats en sistemes LPE (ASM)

Els anells de grafit recoberts funcionen en condicions extremes, com ara altes temperatures, flux de gas elevat i cicles tèrmics. Els mecanismes de fallada dels anells de grafit recoberts s'associen més freqüentment amb la tensió del recobriment, la qualitat de la superfície i la fatiga tèrmica.

Delaminació de les vores, on el recobriment tendeix a delaminar-se de les vores de les vores afilades i la secció prima, ja que estan sotmeses a taxes de refredament i escalfament accelerades en comparació amb les peces a granel. Després de l'inici de l'aixecament a la vora, aquest fenomen es desenvolupa de manera similar a una cremallera que s'obre al llarg de la vora.

Es poden produir petites escates a la superfície interior, on el flux de gas és més intens i genera punts calents localment. Es va descobrir un lot de pols negra fina en un sistema que s'ha associat amb les fines esquerdes de la paret interior de l'anell. La fallada d'unió a la interfície és un altre mecanisme fonamental; la feble adhesió sota la capa s'atribueix a un despreniment sobtat i de grans dimensions, generalment de la superfície que no s'ha netejat correctament o a gasos atrapats a la interfície que s'expandeixen.

Els cicles tèrmics ràpids, en canvi, creen el xoc tèrmic en què les tensions tèrmiques es poden acumular ràpidament a la interfície recobriment/base. En un procés de producció, un anell només va durar uns mesos. Tot i que inicialment semblava normal, el nivell de partícules va augmentar constantment i, en retirar-lo, una gran secció del recobriment s'havia delaminat a prop dels punts d'unió.

Aquesta fallada va ser el resultat d'un escalfament no uniforme i d'una neteja deficient de les vores abans del recobriment. Tot i que les fallades solen créixer a partir de petits defectes amb el temps, una inspecció regular i una temperatura d'escalfament estable poden ser bones mesures preventives contra fallades d'aquest tipus.