一种快速分析MLCC截面残余热应力的方法与流程

一种快速分析mlcc截面残余热应力的方法
技术领域
1.本发明属于热应力分析技术领域，具体涉及一种快速分析mlcc截面残余热应力的方法。


背景技术：

2.随着集成电路的高速发展，片式多层陶瓷电容器(multi-layer ceramics capacitor，mlcc)作为用量最广的无源器件，被广泛应用于5g通讯、新能源汽车以及航空航天等自动化智能控制电路当中，其可靠性对电子整机寿命有着十分重要的影响。随着器件发展趋势呈现出日益明显的薄层化和多层化，由于热膨胀系数不同而导致的残余热应力问题也更为显著，在器件中直观表现为由于层间开裂、介质熔融所导致的开路失效。目前工业生产中对mlcc的应力应变分析多利用应变测量仪，通过三点弯曲实验进行分析。然而，对于器件内部应力分布、器件结构对应力分布的影响研究较少。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种快速分析mlcc截面残余热应力的方法。本发明该方法利用拉曼光谱、纳米压痕测定mlcc器件的截面残余热应力，能够直观表征、快速有效的分析mlcc器件截面残余热应力分布情况。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明依据mlcc的主要结构，由贱金属ni电极与陶瓷介质batio3交错层叠而成。当外界温度改变时，由于热膨胀系数的不同，不同组分材料间的体积变化率不同步，导致存在不同程度的牵拉和挤压，导致应力产生。当应力发生改变时，将会导致样品表面材料的晶格结构就会发生变化，进一步导致晶格震动能发生改变。同时，受应力增大的影响，分子间碰撞率增大。宏观上体现为材料的折射率和密度的改变，并引起相转变，从而改变拉曼峰的高度、宽度、退偏振率和积分面积，最终体现为拉曼光谱的特征峰频移。
6.一种快速分析mlcc截面残余热应力的方法，其特征在于包括以下步骤：
7.(1)将mlcc器件放置于环氧树脂和固化剂的混合试剂中，进行固化；
8.(2)放置于贴有砂纸的金相抛磨机上进行抛光；
9.(3)待mlcc器件表面呈镜像、无明显划痕后，进行烘烤，待环氧树脂脆化后将mlcc器件取出；
10.(4)将经步骤(3)处理后的mlcc器件固定在拉曼光谱仪载物台上，采用激光进行面扫；(5)以特征峰作为衡量频移的基准频率，处理数据并输出面扫数据与图像。
11.所述的方法，步骤(1)中所述环氧树脂和固化剂的质量比为2:1。
12.所述的方法，步骤(2)中所述抛光的过程为：采用2000目和3000目砂纸抛光，再替换为4000目和5000目抛光，最后采用抛光布结合抛光液进行后处理。
13.所述的方法，当砂纸为2000目和3000目的低目数时，金相抛磨机的转速为100～150rad/s，单次抛光时间不超过30s；当砂纸为4000目和5000目时，金相抛磨机的转速为130
～200rad/s，单次抛光时间不低于60s；当采用抛光布结合抛光液时，金相抛磨机的转速为130～200rad/s，每间隔3～5min对抛光布与器件接触面补充抛光液，单次抛光时间不低于15min。
14.所述的方法，步骤(3)中所述抛光的过程结合激光共聚焦显微镜对mlcc器件的表面形貌进行观察，以暴露电极垂直面为目的。
15.所述的方法，步骤(3)中所述烘烤的条件为：温度80～85℃，时间7～9min。
16.所述的方法，步骤(4)中所述激光的波长为785cm-1
，频率为100～2000cm-1
。
17.所述的方法，步骤(5)中所述特征峰为515cm-1
处的特征峰。
18.所述的方法在快速分析mlcc截面残余热应力中的应用。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.本发明实现了对mlcc器件截面残余热应力分布的表征。传统的应力研究只局限于pcb表面贴装情况，未对器件内部应力分布情况进行表征。本发明能够直观表征、快速有效的分析mlcc器件截面残余热应力分布情况，并对器件结构优化提出参考性建议。
附图说明
21.图1为本发明实施例1中的样品截面形貌图；
22.图2为本发明实施例1中的样品拉曼光谱面扫图；
23.图3为本发明对比例1中的样品截面形貌图；
24.图4为本发明对比例1中的样品拉曼光谱面扫图。
具体实施方式
25.下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
26.实施例1：
27.以一款容温系数为x7r，额定电压为25v的mlcc器件为待测器件，通过以下步骤进行速分析mlcc截面残余热应力：
28.s1、将上述待测器件作为样品放置在环氧树脂和固化剂的2:1混合溶剂中固化。
29.s2、将固化好的测试样品放置于贴有砂纸的金相抛磨机上抛光，其中，砂2000目和3000目砂纸以130rad/s抛光30s，4000目和5000目砂纸以150rad/s抛光5min，最后使用抛光布以170rad/s抛光25min，每间隔3min对抛光布与器件接触面补充抛光液；如图1为经过s2步骤获得样品的截面形貌图。
30.s3、利用激光共聚焦观察样品电极垂直面呈光滑镜像，在烘箱中以80℃烘烤8min后，待树脂脆化后将样品取出。
31.s4、利用拉曼光谱仪，对样品进行拉曼面扫，激光波长为785cm-1
，x-y方向选区为40*20，步进为2.6*1.8。
32.s5、记录100～2000cm-1
范围内，515cm-1
处特征峰的频移量。
33.s6、根据测试结果绘制特征峰频移量云图。
34.根据测试结果，如图2在样品中电极末端观察到明显的特征峰蓝移现象，频移量可达512.957cm-1
，应力聚集现象明显，且以拉应力为主。
35.实施例2：
36.以一款容温系数为x7r，额定电压为25v的mlcc器件为待测器件，通过以下步骤进行速分析mlcc截面残余热应力：
37.s1、将上述待测器件作为样品放置在环氧树脂和固化剂的2:1混合溶剂中固化；
38.s2、将固化好的测试样品放置于贴有砂纸的金相抛磨机上抛光，其中，砂2000目和3000目砂纸以100rad/s抛光20s，4000目和5000目砂纸以130rad/s抛光2min，最后使用抛光布以130rad/s抛光20min，每间隔4min对抛光布与器件接触面补充抛光液；
39.s3、利用激光共聚焦观察样品电极垂直面呈光滑镜像，在烘箱中以80℃烘烤8min后，待树脂脆化后将样品取出；
40.s4、利用拉曼光谱仪，对样品进行拉曼面扫，激光波长为785cm-1
，x-y方向选区为40*20，步进为2.6*1.8；
41.s5、记录100～2000cm-1
范围内，515cm-1
处特征峰的频移量；
42.s6、根据测试结果绘制特征峰频移量云图。
43.实施例3：
44.以一款容温系数为x7r，额定电压为25v的mlcc器件为待测器件，通过以下步骤进行速分析mlcc截面残余热应力：
45.s1、将上述待测器件作为样品放置在环氧树脂和固化剂的2:1混合溶剂中固化；
46.s2、将固化好的测试样品放置于贴有砂纸的金相抛磨机上抛光，其中，砂2000目和3000目砂纸以150rad/s抛光15s，4000目和5000目砂纸以200rad/s抛光10min，最后使用抛光布以200rad/s抛光30min，每间隔5min对抛光布与器件接触面补充抛光液；
47.s3、利用激光共聚焦观察样品电极垂直面呈光滑镜像，在烘箱中以80℃烘烤8min后，待树脂脆化后将样品取出；
48.s4、利用拉曼光谱仪，对样品进行拉曼面扫，激光波长为785cm-1
，x-y方向选区为40*20，步进为2.6*1.8；
49.s5、记录100～2000cm-1
范围内，515cm-1
处特征峰的频移量；
50.s6、根据测试结果绘制特征峰频移量云图。
51.对比例1：
52.为了进一步说明本发明方法的有效性，现提供小型化器件实验结果来作为对比实施例。
53.以小型化器件为待测器件，以与实施例1相同的步骤s1-s6制备介质层厚减薄、叠层数量增加的样品。如图3为样品截面形貌图。根据测试结果，如图4所示，由于应力的集中，使得器件右下角存在明显的开裂现象，其频移量可达509.049cm-1
。从对比例中可以看出，对比例1样品电极末端的特征峰频移量明显高于实施例1中样品，说明样品的介质中存在更大的拉应力。小型化使得应力问题更为突出，从而频移量更为明显。
54.由此可以说明拉曼光谱对mlcc器件应力分布的有效性。且测试市场均可控制在1h以内，也证明了该测试手段的高效性。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用
本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种快速分析mlcc截面残余热应力的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将mlcc器件放置于环氧树脂和固化剂的混合试剂中，进行固化；(2)放置于贴有砂纸的金相抛磨机上进行抛光；(3)待mlcc器件表面呈镜像、无明显划痕后，进行烘烤，待环氧树脂脆化后将mlcc器件取出；(4)将经步骤(3)处理后的mlcc器件固定在拉曼光谱仪载物台上，采用激光进行面扫；(5)以特征峰作为衡量频移的基准频率，处理数据并输出面扫数据与图像。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述环氧树脂和固化剂的质量比为2:1。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述抛光的过程为：采用2000目和3000目砂纸抛光，再替换为4000目和5000目抛光，最后采用抛光布结合抛光液进行后处理。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当砂纸为2000目和3000目的低目数时，金相抛磨机的转速为100～150rad/s，单次抛光时间不超过30s；当砂纸为4000目和5000目时，金相抛磨机的转速为130～200rad/s，单次抛光时间不低于60s；当采用抛光布结合抛光液时，金相抛磨机的转速为130～200rad/s，每间隔3～5min对抛光布与器件接触面补充抛光液，单次抛光时间不低于15min。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述抛光的过程结合激光共聚焦显微镜对mlcc器件的表面形貌进行观察，以暴露电极垂直面为目的。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述烘烤的条件为：温度80～85℃，时间7～9min。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述激光的波长为785cm-1
，频率为100～2000cm-1
。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述特征峰为515cm-1
处的特征峰。9.如权利要求1-8所述的方法在快速分析mlcc截面残余热应力中的应用。

技术总结
一种快速分析MLCC截面残余热应力的方法，属于热应力分析技术领域。本发明方法包括：(1)将MLCC器件放置于环氧树脂和固化剂的混合试剂中，进行固化；(2)放置于贴有砂纸的金相抛磨机上进行抛光；(3)待MLCC器件表面呈镜像、无明显划痕后，进行烘烤，待树脂脆化后将MLCC器件取出；(4)将处理后的MLCC器件固定在拉曼光谱仪载物台上，采用激光进行面扫；(5)以特征峰作为衡量频移的基准频率，处理数据并输出面扫数据与图像。本发明实现了对MLCC器件截面残余热应力分布的表征，能够直观表征、快速有效的分析MLCC器件截面残余热应力分布情况，并对器件结构优化提出参考性建议。结构优化提出参考性建议。结构优化提出参考性建议。


技术研发人员：张蕾 王宇阳 王朋飞 黄雄 于淑会 孙蓉
受保护的技术使用者：深圳先进电子材料国际创新研究院
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/8