Ispitivanje adhezivne čvrstoće CVD TaC premaza i rizika od ljuštenja

Za specijalne premaze na grafitu, CVD TaC i CVD SIC premaz Kod dijelova mašina za izradu čipova koji rade na visokim temperaturama, performanse vezivanja premaza za dio su najvažnije za vijek trajanja dijelova. Slaba veza uzrokuje male pukotine i ljuštenje u procesima zagrijavanja i hlađenja, što stvara kontaminante ili neravnomjernu zaštitu i neuspjeh procesa. Mnogi dijelovi izgledaju dobro na početku u fabrici, ali im se rubovi ljušte nakon nekoliko puta upotrebe. Stoga, čvrstoću vezivanja treba testirati prije upotrebe dijelova u fabrici kako bi se izbjegli neočekivani kvarovi u mašinama.

Standardni testovi adhezije za CVD TaC premaz na grafitnim podlogama

Da bi se utvrdila relativna čvrstoća, u fabrikama se provodi nekoliko kvalitativnih testova; prvi je test grebanja. Ovdje se dijamantski vrh povlači preko premaza pod sve većom silom, ako film pukne, ljušti se ili prerano odvoji od grafitnog sloja, to pokazuje slabo prianjanje. Ovo je jednostavan test, ali pokazuje jasne rezultate prije nego što dijelovi uđu u upotrebu.

Još jedan brzi test je test s trakom gdje se ljepljiva traka nanosi na film, a zatim povlači; ako se ljuskice odvoje s trakom, veza s grafitnom bazom može biti slaba. Ovo je brzi preliminarni test koji se koristi u laboratorijama prije rigoroznijeg testiranja.

Ponovljeno zagrijavanje i hlađenje je također izuzetno popularno, jer proces savršeno oponaša stvarnu primjenu. Otporni premazi ne pokazuju negativne efekte, dok slabiji premazi počinju da se ljušte ili ljušte na rubovima. U jednoj fabričkoj situaciji, premazi su otkazali na drugoj provjeri nakon višestrukog zagrijavanja (ljuštenje na rubovima), iako je to bilo zbog kontaminacije podloge prije nanošenja.

Test pull-off (gdje se klin zalijepi za premaz, a zatim povlači dok se podloga ne odvoji od njega) je drugi test, koji daje vrijednost na kontinuumu, dobar je za poređenje serija, ali može potrajati znatno vrijeme za izvođenje. Ispitivanje udubljenjem se koristi kao vizualni i kvantitativni test, gdje se tvrdi vrh zabija u premaz i mjeri se obim stvaranja pukotina. Ako se pravilno izvedu zajedno, ovi testovi osiguravaju dobar integritet premaza.

Rani znaci upozorenja na ljuštenje TaC premaza kod epitaksijalnih primjena

Kod ovih tipova mašina vrlo je rijetko da se delaminacija premaza dogodi neočekivano. Većinom se na dijelu dogodi mala promjena koja prođe nezapaženo. Promjena boje premaza pojavljuje se prilično rano. Novi premaz trebao bi izgledati ravnomjerno i glatko, ali pod opterećenjem neki dijelovi izgledaju mutno, posebno duž rubova, uglova i područja s visokom temperaturom.

Često postoji i vrlo malo podizanje rubova koje izgleda kao stojeći sloj premaza na granicama ako se posmatra na svjetlu pod odgovarajućim uglom i/ili pri većem uvećanju. Na jednoj fabričkoj liniji, radnik na čišćenju primijetio je fine čestice prašine pored ruba dijela i otkrio je da ljuštenje već počinje na obodu.

Pukotine u obliku tankih vlakana također ukazuju na problem. Početne pukotine su fine i površinske i pojavljuju se u zonama toplotnog naprezanja, a na kraju se spajaju i formiraju veća područja ljuštenja ako se pukotina ne popravi. Drugi suptilni indikatori uključuju povećane nivoe čestica ili prašine unutar komore.

Čak i ako na premazu nema vidljivih nedostataka, čestice se mogu odljuštiti s premaza tokom rada, što se može vidjeti na monitorima prije katastrofalnog kvara. Hrapavost se može povećati, jer nekada gladak premaz razvija zrnasti izgled zbog degradacije gornjeg sloja premaza.

Budući da se mala greška na ivici može razviti u veći kvar koji ugrožava kvalitet i zahtijeva zastoj mašine, važno je identificirati ove rane indikatore.

Utjecaj termičkog ciklusa na epitaksijalne dijelove obložene CVD TaC-om

Budući da se obložene komponente više puta zagrijavaju i hlade tokom dana, s vremenom se na premazu razvijaju vrlo jaka naprezanja. Kada se komponente zagrijavaju, premaz i grafit se šire, ali različitim brzinama. Dakle, svaki ciklus zagrijavanja razvija naprezanje između dva materijala na graničnoj površini. Kada se komponenta ohladi, naprezanje se okreće obrnuto. Jedan ciklus zagrijavanja i hlađenja neće uzrokovati nikakva oštećenja, međutim, tokom stotina takvih ciklusa razvija se malo unutrašnje naprezanje.

Premaz bi bio relativno gladak i stabilan, ali nakon ponovljenih ciklusa promjena temperature, na oštrijim rubovima ili neravnomjernog zagrijavanja razvila bi se mala područja naprezanja. Sredina komponente bi ostala dugo, dok bi se vanjski dio komponente trošio kod stvarnih alata. Mala pukotina na rubu komponente je čest primjer, nakon brojne upotrebe razvila bi se na rubu i počela bi rasti kako je naprezanje razdvaja nakon svakog ciklusa zagrijavanja, a male ljuskice bi se ljuštile.

Ponovljenim zagrijavanjem i hlađenjem unutrašnja matrica premaza se troši, tako da bi malo komponenti prošlo početni test, međutim, nakon duže upotrebe (nekoliko mjeseci) i dalje bi bile sklone oštećenjima. U jednom slučaju, dijelovi su počeli da se ljušte nakon nekoliko stotina ciklusa zbog brzog zagrijavanja koje stvara izuzetno veliko naprezanje u odnosu na sporo zagrijavanje.

Metode prethodne obrade površine za poboljšanje čvrstoće vezivanja premaza

Prije nanošenja bilo koje vrste premaza na grafitne dijelove potrebno je provesti značajnu pripremu kako bi se sloj vezao. Loša priprema dobrog premaza jednostavno će rezultirati prebrzim oštećenjem premaza. Dubinsko čišćenje grafitnog dijela je jedan aspekt ove pripreme. Grafit lako zarobljava vrlo finu prašinu, ostatke ulja ili čestice obrade unutar svojih pora. Ovi predmeti fizički sprječavaju direktan kontakt premaza s bazom.

Čak i mikroskopski film ulja stvorit će slabe zone u vezi, koje će postati mjesta za početak ljuštenja. Obično se koriste namjenska sredstva za čišćenje ili se ponekad dio peče u peći kako bi se uklonili svi duboko smješteni ostaci.

Sljedeće je osigurati da je površina blago hrapava kako bi se povećalo efektivno prianjanje premaza u odnosu na savršeno glatku površinu. To se obično postiže pjeskarenjem ili manipuliranjem alatnim mašinama kako bi se postigla hrapava, ali relativno stabilna površina za prianjanje na koju se premaz mehanički "zakači", ili upotrebom plazma tretmana koji trenutno bombarduju grafitni sloj plinom kako bi ga aktivirali i hemijski predisponirali da bude kompatibilna s materijalima za premazivanje, a da pritom nema negativnih utjecaja na oblik podloge.

Termička obrada grafitnih dijelova se koristi prije nanošenja premaza, jer pečenje dijela na visokoj temperaturi može istjerati zarobljene plinove unutar materijala. Ovi plinovi bi potencijalno mogli iscuriti tokom nanošenja premaza, stvarajući idealno mjesto za slabu tačku ili mjehur ispod premaza. Ovi procesi se obično kombiniraju.

Analiza kvara prstenova obloženih TaC-om koji se koriste u LPE (ASM) sistemima

Obloženi grafitni prstenovi rade u ekstremnim uslovima, uključujući visoku temperaturu, veliki protok gasa i termičke cikluse. Mehanizmi otkazivanja obloženih grafitnih prstenova najčešće su povezani sa naprezanjem premaza, kvalitetom površine i termičkim zamorom.

Raslojavanje rubova gdje premaz ima tendenciju da se raslojava sa rubova oštrih rubova i tankih presjeka jer su izloženi ubrzanim brzinama hlađenja i zagrijavanja u poređenju sa većim dijelovima. Nakon početka podizanja na rubu, ovaj fenomen raste slično otvaranju patentnog zatvarača duž ruba.

Sitno ljuštenje može se pojaviti na unutrašnjoj površini gdje je protok plina intenzivniji i lokalno stvara vruće tačke. U jednom sistemu otkrivena je serija fine crne prašine koja je povezana s finim pukotinama na unutrašnjem zidu prstena. Prekid vezivanja na granici je još jedan fundamentalni mehanizam; slabo prianjanje ispod sloja pripisuje se iznenadnom, velikom ljuštenju, obično s površine koja nije pravilno očišćena ili plinovima zarobljenim na granici koji se šire.

S druge strane, brzo termičko cikliranje stvara termalni šok u kojem se termalni naponi mogu brzo nakupiti na granici premaz/baza. U jednom proizvodnom procesu, prsten je trajao samo nekoliko mjeseci. Iako se u početku činilo normalnim, nivo čestica se stalno povećavao i nakon uklanjanja veliki dio premaza se raslojio u blizini tačaka pričvršćivanja.

Ovaj kvar je nastao zbog neravnomjernog zagrijavanja i lošeg čišćenja rubova prije nanošenja premaza. Iako kvarovi obično nastaju zbog malih defekata s vremenom, redovna inspekcija i stabilna temperatura zagrijavanja mogu biti dobre preventivne mjere protiv kvarova ove vrste.