Page 8 - 異質整合當道 材料接合應力強度備受矚目

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SPOTLIGHT
材料，其力學特性包含硬度(Hardness)、彈性模數 (Elastic modulus)、彈性和塑性功(Elastic and plastic work)或是蠕變(Creep)特性等皆可得到。
傳統的壓痕測試方法為透過已知幾何形狀的壓頭 (indenter)，於材料表面上施加預設載荷(Load)壓入材
料，並藉由測量壓痕塑性變形面積得到材料的硬度。然 而，在 微 米 及 奈 米 的 尺 度 下，由 於 產 生 的 壓 痕 很 小，不 易準確地測得壓痕面積，用傳統的測試方法無法得到 微米/奈米材料的硬度。
圖4:奈米壓痕技術求之力學參數計算說明。
(來源:Anton Paar)
料間的附著能力已廣泛地被應用在汽 車，以 及 顯 示 面 板 產 業 中，舉 例 而 言， 圖5為利用刮痕測試儀，測試智慧型 手機面板玻璃的抗刮能力，此玻璃表 面具有厚度約為100奈米(nm)的氧化 鋁保護層，實驗中採用半徑為2微米 (μm)的球錐形狀(Sphero-conical) 刮頭，刮頭的最大載荷力量為50毫 牛頓(mN)。
(來源:Anton Paar)
此外，若要量測塗層的附著力和結合強度與抗 刮能力，刮痕測試儀為公認的塗層材
因此，微米/奈米壓痕測試儀具有精密的應力和 深度感測器，可精準地控制壓頭進行載入與卸載的 過程，並於過程中同時記錄載荷及壓入深度。透過圖 3所示之「連續荷載-壓深曲線」，並透過理論模型，可 計算出材料的力學特性。
圖3:連續荷載-壓深曲線示意圖。
最常用的模型為Oliver-Pharr方法。於此模型 中，可在連續荷載-壓深曲線得到壓頭下壓過程中做 的總功和產生塑性變形的功，除了可計算出材料的 硬度值外，亦可得到其他力學參數。其相關計算內容 於圖4所示。
料測試方式。 利用刮痕測試儀來研究異質材
圖5:手機面板表面100nm厚的氧化鋁護層的刮痕測試。
圖6(左)為於玻璃表面創造出的 刮痕及其失效模式，圖6(右)為正向 作用力與下壓深度(Pd)、殘留深度 (Rd)，以及磨擦係數(CoF)的變化。 在臨界載荷位置(大約44毫牛頓)，可 觀察到塗層失效行為，與此同時，可 觀察到下壓深度、殘留深度，以及磨 擦係數亦有顯著的變化。若要得到 具有良好附能力的塗層，臨界載荷位 置越大越好。
(來源:Anton Paar application report: Mechanical surface characterization of smartphone displays) www.eettaiwan.com | 2022年8月