Reliability based design optimization using a genetic algorithm: application to bonded thin films areas of copper/polypropylene

Optimización basada en la confianza usando un algoritmo genético: aplicación para áreas de adherencia de capas delgadas de cobre/polipropileno

En el presente estudio se aplica una metodología para la optimización de los sistemas basados en la confiabilidad (RBDO) a las películas delgadas de cobre que se depositan en una superficie plana de polímero de polipropileno. Se determinaron los datos de entrada, como el tamaño de la junta por la tensión normal necesaria para separar la película de cobre del sustrato de polipropileno por diferentes fuerzas y zonas de interfaz, que se obtiene a partir de un ensayo de tracción uniaxial. La metodología RBDO se implementó con el fin de encontrar la zona de unión más pequeño requerido para asegurar diferentes niveles de confiabilidad, reduciendo al mínimo la probabilidad de desprendimiento y el costo (menos cantidad de película metálica). El nivel de confiabilidad es tratado como datos de entrada y considerado como una restricción en el problema de optimización. La metodología de la optimización es el algoritmo genético (GA). La elección de esta metodología se debe al buen comportamiento en las funciones que pueden exhibir un comportamiento no lineal. Los resultados muestran que la metodología aplicada es eficiente y se concluye que los requisitos de alta confiabilidad pueden imponer zonas de colaje considerablemente más grandes. En el 98% de los casos de confiabilidad en la no separación de la película fina, resultó en una zona de unión que es 3,18 mayor que el valor inicial sin requisitos de seguridad.

INTRODUCCIÓN

El deseo de obtener condiciones óptimas para un proyecto, que representen menores costos, mayor rendimiento y mayor eficiencia, son objetivos permanentes en todas las áreas de la ingeniería. En este trabajo se aplicó un Algoritmo Genético (AG) como método de búsqueda global para evaluar los valores mínimos de área para películas delgadas metálicas adheridas considerando la resistencia mecánica bajo cargas específicas. Los autores [1] comentan que para resolver problemas de optimización que implican incertidumbre, es necesario utilizar métodos no deterministas que tengan en cuenta esta aleatoriedad como los métodos de optimización basados en la fiabilidad, como el RBDO (Reliability Based Design Optimization).

La metalización de polímeros se aplica en varias disciplinas [2]. Por ejemplo, en la industria electrónica para placas de circuitos impresos, en la industria alimentaria con envases metálicos para alimentos o incluso en biomecánica en prótesis con componentes poliméricos para mejorar las condiciones de desgaste de la superficie. Para un uso exitoso de los polímeros metalizados, entre sus muchas aplicaciones, es necesario controlar la calidad de la adhesión de la película metálica sobre el sustrato polimérico. Se sabe que la temperatura afecta significativamente a la resistencia de los polímeros [3]; por lo tanto, es muy importante controlar esta variable en el proceso de deposición de la película metálica [4]. Así pues, la eficacia de la interfaz de adhesión se considera una función importante en el sistema de unión, ya que garantiza que los mecanismos físico-químicos funcionen y no se produzcan problemas en el anclaje como el pelado, la formación de microgrietas o el desgaste de la película fina.