【行业应用】光谱共焦-用于热膨胀测试仪的膜层形状测量

具有金属化层的基材与常见的涂层有不同的热力学属性，因此需要新的质量和疲劳试验，以评估加载和高温下的粘附和分层性能。等温弯曲试验是一种快速、易于使用的质量和疲劳试验，但缺乏双轴应力状态。相较之，膨胀试验是表征薄膜特性的标准测试手段，可以获得弹性数据、断裂韧性和弹塑性数据。并且随着更高温度的使用场景和温度敏感材料的使用，高温膨胀测试仪也逐渐增多。不过，目前的膨胀测试仪主要用于静态试验。

来自开姆尼茨工业大学和FraunhoferENAS的研究团队提出了一种用于动态特性测试的高温膨胀测试仪。文章“Dynamical characterisation of a miniaturisedbulge tester for use at elevated temperatures”发表于“Thermal,Mechanical and Multiphysics Simulation and Experiments in Micro-Electronics andMicro-Systems EuroSimE”会议。

图1. 热膨胀测试仪系统构成

文章提到的微型热膨胀测试仪的系统构成如图1所示。它的特点是由气泵结合进口和出口控制节流阀，产生位移控制的压力；添加的加热模块支持在高达150°c的高温下对薄膜进行膨胀测试。通过底部的光学窗口，LED可以照亮薄膜的底部。上方的三个光学窗口分别安装了视觉相机、红外相机和光谱共焦位移传感器，其中，光谱共焦位移传感器用于测量薄膜的挠度数据。

图2. 采用光谱共焦位移传感器扫描测得的膨胀膜层，共20 × 20点。半径r = 2 mm，厚度d = 1.25 μm。

如图2所示为采用光谱共焦位移传感器测量膨胀后的薄膜轮廓图。位移台在xy两个方向上共扫描20x20个点，测量得到突起的膜层半径为2mm。膜层的厚度则是通过离子镀膜后在扫描电镜下测量得到，为1.25 μm。

论文标题：

Dynamical characterisation of a miniaturisedbulge tester for use at elevated temperatures