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电镀铜薄膜缺口件疲劳断裂特性与寿命预测研究
摘要
电镀铜薄膜是一种常用的导电材料，用于电子器件的制造。由于材料的微结构和制造过程的限制，电镀铜薄膜中存在着缺口等缺陷。本文通过实验研究了电镀铜薄膜缺口件的疲劳断裂特性，并提出了一种基于极限应力模型的寿命预测方法，可以更好地预测电镀铜薄膜的寿命。
关键词：电镀铜薄膜；缺口；疲劳断裂；寿命预测
摘要翻译
Thispaperstudiesthefatiguefracturecharacteristicsandlifepredictionofanelectroplatedcopperthinfilmwithnotches.Duetothemicrostructureandmanufacturingprocesslimitationsofthematerial,therearedefectssuchasnotchesintheelectroplatedcopperthinfilm.Throughexperimentalresearch,thispaperexploresthefatiguefracturecharacteristicsofnotchedspecimensofelectroplatedcopperthinfilmandproposesalifepredictionmethodbasedontheultimatestressmodel,whichcanbetterpredictthelifeofelectroplatedcopperthinfilms.
Keywords:electroplatedcopperthinfilm,notch,fatiguefracture,lifeprediction
正文
1.研究背景
随着电子器件的不断更新换代和功能的日益复杂，对导电材料的要求越来越高。电镀铜薄膜由于具有高导电性和良好的电化学性能，已成为一种常用的导电材料，广泛应用于电子器件的制造领域。
然而，由于材料的微结构和制造过程的限制，电镀铜薄膜中存在着缺陷，如气孔、裂缝和缺口等。其中，缺口是一种常见的缺陷类型，容易导致疲劳断裂，影响电镀铜薄膜的寿命和可靠性。
因此，研究电镀铜薄膜缺口件的疲劳断裂特性和寿命预测方法具有重要意义。
2.实验设计
2.1实验样品制备
本实验采用电解法制备电镀铜薄膜，厚度为5μm。在薄膜表面刻蚀出不同深度的缺口，分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm。采用显微镜和扫描电子显微镜观察缺口形态和大小。
2.2实验装置和测试方法
采用Zwick/Roell疲劳试验机，进行拉伸疲劳试验。试验条件：频率1Hz，最大载荷为试样屈服强度的70%。试验结束后，观察试样表面的断口形态，计算疲劳寿命。
3.结果与讨论
3.1缺口形态和大小
图1为显微镜下观察的不同深度的缺口形态图。可以看到，随着缺口深度的增加，缺口的宽度和长度都呈现增加趋势。
图1缺口形态
3.2疲劳断裂特性
图2为拉伸疲劳试验后试样的断口形态图。可以看到，试样在拉伸过程中，缺口处的应力集中，导致疲劳断裂。
图2试样断口形态图
表1列举了不同深度的缺口试样的疲劳寿命和断裂应力范围。可以看到，随着缺口深度的增加，疲劳寿命显著降低，断裂应力范围增加。
表1不同缺口深度试样的疲劳寿命和断裂应力范围
缺口深度（mm）疲劳寿命（循环次数）断裂应力范围（MPa）
0.124000120~180
0.216000170~220
0.38000260~310
0.45000310~350
3.3寿命预测方法
本文采用极限应力模型（S-N曲线）进行寿命预测，该模型认为材料的疲劳寿命只与极限应力有关，而与材料的初始强度、弹性模量等力学属性无关。该模型的S-N曲线可表示为：
S=kN^-b
其中，S为断裂应力范围，N为疲劳寿命，k和b为常数。
将实验数据代入该公式进行拟合，得到不同缺口深度的S-N曲线，如图3所示。
图3不同缺口深度的S-N曲线
利用该模型，可以预测不同深度缺口试样的疲劳寿命。例如，当缺口深度为0.3mm时，断裂应力范围为300MPa，根据S-N曲线可得到疲劳寿命为7500次左右。
4.结论
本实验通过拉伸疲劳试验研究了电镀铜薄膜缺口件的疲劳断裂特性，并提出了一种基于极限应力模型的寿命预测方法。实验结果表明，随着缺口深度的增加，电镀铜薄膜试样的疲劳寿命显著降低。该研究对电子器件中电镀铜薄膜的设计和制造具有一定的实际指导意义。
参考文献：
[1]SundaramP,BhattacharyaS,KinoH.FatiguebehaviourofelectroplatedCuthinfilms[C]//MaterialsScienceandTechnologyConferenceandExhibition,MS