铜薄膜残余应力
铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究
铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究一、引言随着现代科技的不断发展，微成形技术成为了制造微小零件的主要方法之一。
而激光冲击微成形技术作为一种新兴的微成形技术，在微小零件加工领域具有广阔的应用前景。
本文就铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力进行了研究和分析，旨在探讨激光冲击微成形对铜箔微观组织和残余应力的影响，为相关领域的研究提供参考。
二、铜箔激光冲击微成形工艺铜箔激光冲击微成形是一种利用激光脉冲对铜箔进行局部加热和快速冷却，从而使铜箔发生形变的微成形工艺。
其工艺流程主要包括激光辐照、激光脉冲冲击和残余应力消除等步骤。
通过调节激光参数和控制冲击次数，可以实现对铜箔微小零件的精确成形，具有成本低、效率高、精度高等优势。
三、铜箔激光冲击微成形微观组织研究1.微观组织观测采用金相显微镜和扫描电镜对铜箔激光冲击微成形后的微观组织进行观测分析。
结果表明，铜箔表面形成了细小的晶粒和均匀的晶界，晶粒尺寸明显减小，晶粒结构更加致密。
2.晶粒取向分析借助电子背散射衍射技术，对铜箔微成形后的晶粒取向进行了分析。
结果显示，晶粒取向呈现出明显的择优取向，晶粒内部应变得到有效消除。
3.变形机制研究结合显微组织观察和位错理论，探讨了铜箔激光冲击微成形的变形机制。
结果表明，激光脉冲的局部加热导致了铜箔微观组织发生再结晶，晶粒内部位错得到消除，从而实现了微小零件的精确成形。
四、铜箔激光冲击微成形残余应力研究1.残余应力测试采用X射线衍射技术对铜箔激光冲击微成形后的残余应力进行了测试。
结果表明，铜箔表面和内部的残余应力得到了有效释放，残余应力值显著降低。
2.残余应力分布分析利用有限元仿真技术，对铜箔微成形后的残余应力分布进行了分析。
结果显示，残余应力沿厚度方向逐渐减小，在表面层得到了有效释放。
3.残余应力消除机制分析了激光脉冲冲击对铜箔残余应力的影响机制。
发现激光脉冲冲击引起了铜箔表面局部加热和冷却，使得残余应力得到了释放和消除。
铜及铜合金加工材残余应力检验方法
《接插件用铜及铜合金异型带材》行业标准编制说明（送审稿）一任务来源根据有色标委[2010] 21号《关于转发工信部《关于印发2010年第一批行业标准制修订计划的通知》的函》，《接插件用铜及铜合金异型带材》行业标准列入附件1“2010年第一批有色金属行业标准计划项目表”第54号（计划编号为2010-0430T-YS）。
该标准由全国有色金属标准化技术委员会提出，主要起草单位为北京金鹰恒泰铜业有限公司和赤峰京铜铜业有限公司。
二起草过程接插件用异型截面铜及铜合金异型带材是通过铣削、拉拔、轧制等多种加工方法将黄铜、紫铜、磷青铜、银铜等铜及铜合金加工成U型、L型、T型等异型截面，并保证一定的厚度、宽度公差和表面粗糙度要求。
加工接插件用异型截面铜及铜合金异型带材的目的是为冲压等工序提供高精度、高质量的原材料，从而保证冲压等工序不受材料的限制，生产出高品质、理想的产品。
异型截面铜带材加工是为了适应铜材使用需求产生的新兴铜带材加工行业，早期接插件生产企业制备异型截面铜带材是通常采用两种方法，一是使用大吨位的冲压等设备迫使矩形截面铜带材局部变形，另外一种是将宽度不同的矩形截面铜带材叠加获得异性带。
这些方法生产成本较高，材料利用率低。
北京金鹰恒泰铜业有限公司自2003年成立以来，先后引进铣削、轧制等异型铜带加工设备专业生产异型铜带材。
经过多年的研发，已具备异型铜带材批量生产能力。
在精、准、细现代模块化生产管理模式下，制定公开的产品技术标准，是非常必要的。
该标准的制订不仅可起到规范市场、引导市场的作用，而且响应国家节省能源，提高矿产资源利用率的号召。
标准制订计划任务正式下达后，北京金鹰恒泰铜业有限公司与相关起草单位成立了标准起草小组，首先整理收集本企业曾经生产的产品的技术要求及各企业不同客户产品的使用现状，为本标准全面、系统、有效的制定奠定了良好的基础。
随后编制小组会同市场开发和营销人员对导电用铜及铜合金型材进行了全面的市场调研，全面、准确地了解了市场不同客户的需求以及产品未来的发展趋势；了解了国内目前生产厂商的生产水平和现状。
铜及铜合金加工制品残余应力的测定方法
综 述铜及铜合金加工制品残余 应力的测定方法路俊攀(洛阳铜加工集团有限责任公司,河南洛阳 471039)摘 要:介绍了残余应力的常见测定方法,重点讨论了适合于铜及铜合金制品残余应力测定的化学和机械方法。
其中适用于管棒材的化学方法已形成系列国标,但仍需增补;适用于板带材的化学方法仅限于试验研究之用。
机械方法中,Crampton法被广泛应用于管材应力测定,而分条变形方法是近几年才开始研究和应用的新方法,该方法适用于所有加工制品。
关键词:铜;铜合金;残余应力;测定 中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2004)1220633205MEASUREMENTS OF RESID UAL STRESS FOR THE PR OCESSING PR OD UCTSOF COPPER AN D COPPER ALLOYSL U Jun2pan(Luoyang Copper Working(Group)Co.Ltd.,Luoyang Henan471039,China)Abstract:The article introduced some common measuring methods of residual stress and aimed to sim ply classify them.The emphasis of the discussion was laid on chemical method and mechanical method,which were fit for co pper and copper alloys′processing products.The chemical method which is fit for tube and bar products has been the basis for forming a series of G B,but it needs sub joining.The same method fitting in with plate and strip products is just used for study.As for the mechanical method,the“Crampton”is widely used in tube products,and the slitting deformation method is a new method,which is studied and used in recent years.It is fit for all of the processing products.K eyw ords:Copper;Copper alloys;Residual stress;Measuring 铜及铜合金在加工和热处理过程中,必然承受外力的作用以及金属内部金相和组织的转变,在制品内部产生残余应力,影响材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性、尺寸稳定性和使用寿命,因此研究和控制加工过程中的应力愈来愈受到重视。
退火温度对Cu膜微结构与应力的影响
退火温度对Cu膜微结构与应力的影响雒向东;罗崇泰【摘要】采用磁控溅射工艺在Si基片上沉积500 nm厚Cu膜,并在不同温度下进行快速退火处理.用X射线衍射仪、扫描电镜、光学相移方法研究薄膜的微结构与应力.结果表明:随着退火温度T增加,Cu(111)择优取向系数δCu(111)不断减小, 薄膜的Cu(111)/Cu(200)取向组成比值减小;在T=773 K条件下退火的薄膜形成了显著的空洞与裂纹;当T在小于673 K范围内增加时,薄膜应力由拉应力不断减小继而转变为压应力,而当T=773 K时,薄膜又呈现出较大的拉应力.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2009(029)003【总页数】4页(P327-330)【关键词】铜膜;微结构;残余应力;退火【作者】雒向东;罗崇泰【作者单位】中国空间技术研究院,兰州物理研究所,兰州,730000;兰州城市学院,培黎工程技术学院,兰州,730070;中国空间技术研究院,兰州物理研究所,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】TN305.8;TB430 引言薄膜材料在集成电路技术中具有极为关键的作用[1]。
集成电路中各组元之间的互连线就是采用光刻工艺形成微米级线条的金属膜来实现的。
Al、Cu及其合金材料常用作集成电路的互连线。
与Al相比较，Cu因其低电阻率(1.67 μΩ·cm)、良好导热性、热膨胀系数小及较好的抗电迁移性能而得到了广泛应用[2]。
随着集成电路的尺度不断微型化，其集成度和工作频率不断提高，对Cu膜的热稳定性、机械强度等要求越来越高。
相关研究[3-4]表明，较大的应力状态将导致Cu膜产生空洞、裂痕或脱落，从而引起电路互连线形变甚至互连线的短路或断路，造成器件失效。
因此，关于Cu膜应力的研究近年来引起了人们高度的重视。
例如：Weihnacht等[5]基于力学理论实验研究了Cu膜应力演化规律及其微观机制；Gudmundson等[6]就实际器件中Cu互连线的残余应力进行了研究；Pienkos等研究了Si基片上生长Cu膜的应力演化行为，认为薄膜应力与其微结构如晶粒取向、裂纹与孔洞等缺陷密切相关；Burnett等[7]研究了Cu膜织构与其残余应力的关系，发现Cu(111)/Cu(200)取向组成比值与薄膜拉应力有关； Park等[4]对应力诱导Cu膜表面缺陷的研究指出，薄膜表面缺陷的产生与薄膜应力释放存在关联；Thouless等[8]的理论研究也证实薄膜缺陷的形成将改变其应力状态等。
薄膜残余应力
23
Panalytical X'Pert Pro
此機型共有九個軸位可供分析時旋轉，其五大功能： 1.Powder diffraction /Phase Analysis 粉末繞射：即所謂 θ-2θ分析，藉由光源產生器與接收器之不同角度之 移動，收集材料內部分析訊號，可以為塊材、薄膜及 粉末樣品進行相鑑定。 2.Grazing Incident X-ray Diffraction (GIXD)低掠角入射 X光繞射：其入設角度設定可低至0.0001度，可運用 於各種不同厚度之薄膜結構分析。 3.Small Angle X-ray Scattering (SAXS) 小角度繞射： 運用於目前當紅之奈米材料中鑑定材料Nano-particle size，例如：Mean size (nm)、Median size (nm)、 Specific surface (m2/g)，並且計算微粒分佈數量。 4.Stress Analysis 應力分析：此分析方式為非破壞分 析，試片做不同psi角度分析，收集其各個不同訊號， 藉由晶格常數改變，計算其應變即可以獲得殘留應 力。 5.Texture measurement (Pole Figure Analysis) 極圖分 析：由於試片本身可做360度旋轉且phi軸位正負90度 旋轉，因此可得立體織構結構，經由織構量測可以鑑 定是否為單晶、多晶及磊晶結構。
200 150 100
(111, 36.9)
(200,43.0 )
(220, 62.6)
400 350 300 250 200 150 100 50 0
50
US34-TiAlN-M/2 deg
0 60 61 62 63 64 65 66
Intensity
铜及铜合金加工材残余应力检验方法
《铜及铜合金加工材残余应力检验方法》编制说明1.任务来源全国有色标委会根据国标委【2004】32号文《关于开展国家标准和计划项目清理工作的通知》下达了标准清理清单，要求对现行国标GB/T10567.2-1997《铜及铜合金加工材残余应力检验方法氨熏试验法》和GB/T8000-2001《热交换器用黄铜管残余应力检验方法氨熏试验法》两项国家标准进行合并修改成一个标准。
该标准由全国有色标委会提出，由中铝洛阳铜业有限公司负责起草。
2. 研究、起草过程（1）标准起草单位首先查阅了国内外有关检测铜及铜合金残余应力的标准和资料。
国外同类标准有ISO 6957《铜及铜合金残余应力检验方法氨熏试验法》、美国的ASTM B111《铜及铜合金无缝冷凝管及其配件》、德国的DIN 50916-2《铜合金的检验用氨做应力裂缝腐蚀检验构件的检验》和日本的JIS H 3300《铜及铜合金无缝管及管件》等；国内的标准有GB/T10567.2-1997《铜及铜合金加工材残余应力检验方法氨熏试验法》和GB/T8000-2001《热交换器用黄铜管残余应力检验方法氨熏试验法》。
（2）参照ISO 6957《铜及铜合金残余应力检验方法氨熏试验法》标准，对GB/T10567.2-1997和GB/T8000-2001两个标准进行合并修改，合并后的标准根据试验溶液的不同，分为两个试验方法即氯化铵试验法和氨水试验法。
3. 修改原则（1）依照GB/T10567.2-1997标准为蓝本进行修改，并补充了GB/T8000-2001的主要内容。
（2）结合国内外生产状况，力求做到标准的合理性与实用性。
（3）为了与国际接轨，使新的国家标准适用于所有的铜及铜合金加工材，在这次修订铜及铜合金加工材残余应力检验方法国家标准时确定了等效采用国际标准的原则。
使该标准既有符合国情的实用性，又具有国外标准的先进性这一特点。
4.修改内容（1）本标准包括范围、定义、原理、试验装置、试剂与材料、试样、试验方法和要求、试验步骤、试验报告等九项内容。
铜薄膜残余应力
铜薄膜残余应力概述铜薄膜残余应力是指铜薄膜在制备过程中，由于各种因素产生的内部应力。
这种应力可能会对薄膜的性能和稳定性产生重要影响。
因此，对铜薄膜残余应力的研究具有重要的工程意义。
本文将从多个方面探讨铜薄膜残余应力的产生原因、测试方法和对薄膜性能的影响。
产生原因铜薄膜残余应力的产生主要与以下几个因素相关：制备工艺制备工艺是影响铜薄膜残余应力的主要因素之一。
包括物理蒸镀、化学气相沉积等多种工艺。
每种工艺都有其特定的影响因素，如沉积速率、沉积温度、沉积气体成分等。
这些因素会影响铜薄膜的结晶度、晶粒尺寸和界面结构，进而导致残余应力的变化。
热应力铜薄膜在制备过程中可能会发生热膨胀或收缩，造成热应力。
这是由于在不同温度下，铜薄膜和基底材料的热膨胀系数不同所导致的。
热应力一般在制备过程中会迅速释放，但有时也会残留在薄膜中，形成残余应力。
微观结构铜薄膜的微观结构对残余应力的分布和大小有重要影响。
晶粒尺寸、晶界、位错等都会影响残余应力的产生和传播。
例如，较大的晶粒一般会导致较小的残余应力。
测试方法为了准确测量铜薄膜的残余应力，研究人员开发了多种测试方法：X射线衍射是一种常用的测试方法，通过测量衍射峰的位置和宽度来计算残余应力。
这种方法可以非常精确地测量薄膜的残余应力，并可以得到不同方向上的应力分布。
表面形貌分析表面形貌分析技术可以间接评估残余应力的大小。
通过观察铜薄膜表面的起伏、裂纹和变形等现象，可以初步判断残余应力的程度。
压痕法压痕法是一种常用的快速测试方法，通过在薄膜表面施加压力，并测量压痕的直径和深度来计算残余应力。
这种方法简单直观，适用于快速检测大面积薄膜的残余应力。
对性能的影响铜薄膜残余应力对其性能和稳定性有重要影响：电导率铜是一种优良的导电材料，其电导率与残余应力密切相关。
高残余应力一般会导致电导率的降低，影响薄膜的导电性能。
附着力铜薄膜的附着力也受残余应力的影响。
较大的残余应力可能会导致薄膜的剥落或剥离，从而降低了其附着强度。
铜合金板带分切中的纵向平均残余应力分布规律
Cu2Ni2Si 精密铜合金板带是大规模集成电路引 线框架的理想用材 ,经过二次时效强化和冷变形处理 可以获得高强高导的物理特性[1] ,但同时也会产生板 形[2] ,在板带分切过程中这种情况比较明显[3] 。铜合 金板带中的不良板形会对模具刃口造成受力不均和 扭曲 ,使框架引脚变形 ,严重影响产品质量和生产效 率 。在规范中对板带的表观板形和潜在板形有严格 的控制[3] 。由于板带中轧向残余应力分布与板形有
(1. 西安理工大学机械与精密仪器工程学院 , 陕西 西安 710049 ; 2. 洛阳理工学院机械系 , 河南 洛阳 471039 ; 3. 河南科技大学 , 河南 洛阳 471000 ;
4. 中国洛阳铜加工集团公司检测中心 , 河南 洛阳 471000)
摘 要 : 利用改进的裂纹柔度法对精密铜合金板带轧向残余应力进行了检测 。利用对称组合应变测量的方法实现剪应力与轧 向残余应力的分离 ,分别计算出板带的轧向残余应力和剪应力分布 ,计算结果与板形检测结果取得一致 。结果表明 :板带分切过 程产生的压应力分布区域 ( BC) 在 2. 5 t～4. 7 t ( t2板带厚度) 之间 ,对板形的影响范围 ( B S) 在 5. 3 t～10 t 之间 , B S 对分切工艺参数 变化反应敏感可以作为板带分切质量和冲裁余量的评定参数 。 关键词 :轧向残余应力 ; 剪应力 ; 铜合金板带 ; 裂纹柔度法 中图分类号 : TG11512 ; TG14611 文献标识码 : A 文章编号 : 100926264 (2007) 0520152205
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铜薄膜残余应力
铜薄膜残余应力
铜薄膜是一种常见的材料，其具有优异的导电性、热稳定性以及化学
相容性。
由于其重要的应用价值，在微电子行业中被广泛使用。
然而，铜薄膜也会存在一些问题，如残余应力。
该问题不仅影响铜薄膜的性能，还可能导致薄膜在使用中产生裂纹，影响设备的正常运行，因此
需要引起注意。
按照成因，铜薄膜残余应力可以分为热应力和冷应力两种。
热应力：铜薄膜在高温下制备、退火成型的过程中会受到热应力的影响。
这种应力产生的原因是，铜薄膜在加热过程中，由于内部温度分
布不均，不同部位出现了不同的热膨胀率，导致铜膜表面出现不同程
度的应力。
这种应力是可以去除的，只要在薄膜制备的过程中采取合
适的热处理方式，使薄膜内部的温度得到充分平衡，就可以减小或消
除热应力。
冷应力：铜薄膜在制备过程中，通常是通过物理气相沉积（PVD）或
化学气相沉积（CVD）等方法制备得到。
在制备过程中，薄膜会沉积
在基底上，由于基底和薄膜之间存在晶格不匹配，导致薄膜中出现了
应力。
这种应力被称为冷应力。
此外，沉积过程中也可能受到气压、
氧分压等因素影响，加重了薄膜的冷应力。
影响：铜薄膜残余应力的存在会影响薄膜的强度、韧性以及电学性能。
当应力达到一定程度时，薄膜会出现塑性失稳和裂纹的现象。
此外，
薄膜的应力还会影响微器件的性能和寿命，如衬底偏转、性能衰减和
寿命下降等现象。
解决方法：为了解决铜薄膜残余应力问题，可以采用多种方法。
一种
常见的方法是降低薄膜的残余应力，比如采用合适的沉积温度、沉积
功率、沉积速度等条件。
此外，也可以采用合适的表面修饰或者介质
材料来降低薄膜应力。
如果已经发现了铜薄膜残余应力问题，可以通
过退火、极化等方法使应力达到平衡状态，从而减轻应力的影响。
总结：铜薄膜残余应力是一个需要引起重视的问题。
它不仅影响铜薄
膜本身的性能，还可能对微器件的性能和寿命产生不良影响。
因此，
制备铜薄膜时要注意控制制备条件，降低残余应力的产生，同时采取
合适的方法来解决应力问题，从而保证铜薄膜的性能和寿命。