0. 引 言
红外焦平面阵列探测器（Infrared Focal Plane Arrays Detector，IRFPAs）具有灵敏度
高、环境适应性好、抗干扰能力强、质量轻、功耗低等优点，被广泛应用于航空航天、红
外遥感、国防、气象、环境、医学及通信领域
[1-4]
。在中波红外探测领域，锑化铟（InSb）
IRFPAs 因具有材料均匀性好、时间稳定度高的优点，备受科研人员的关注。批量生产中，
液氮冲击下 InSb IRFPAs 经常出现的局部分层、局部碎裂等失效现象已成为制约其成品率
提升的瓶颈，因此探究 InSb IRFPAs 局部分层失效机理成为目前迫切需要解决的问题。
针对 InSb IRFPAs 的局部分层失效问题，贵磊等
[5-6]
在局部分层易发生区域添加内聚力
单元，基于张开型内聚力模型对局部分层进行分析，认为界面法向应力是引起局部分层的
主要原因；孟庆端等
[7]
以面内剪切应力分布为判据，认为局部分层源于面内剪切应力。这
些研究能够部分解释局部分层失效现象，但仅在易分层处添加内聚力单元的做法，人为的
因素过重，缺乏合理性及普适性；仅考虑面内剪切应力而忽略面外法向应力的做法也有失
偏颇。为了更全面、更深入剖析局部分层失效诱因，文中拟采用在 InSb 芯片与底充胶的界
面处铺满内聚力单元，同时考虑界面法向应力，通过改变张开型和滑开型裂纹扩展模式的
比例，系统分析局部分层分布特征随裂纹扩展混合比例的演化规律，对比实测局部分层分
布特征，定量给出器件局部分层失效诱因和失效机理。
1. 双线性内聚力模型
在线弹性断裂力学中，根据驱动力与裂纹扩展之间的内在关系可将裂纹划分为张开型
裂纹、滑开型裂纹和撕开型裂纹，如图 1 所示。其中张开型裂纹扩展的特征为：拉应力垂
直于裂纹面，裂纹扩展方向和拉应力垂直；滑开型裂纹扩展的特征为：剪应力位于裂纹面
内，并与裂纹扩展方向平行；撕开型裂纹扩展的特征为：剪应力位于裂纹面内，并与裂纹
扩展方向垂直。在因热失配引起的层状结构局部失效中，不会出现撕开型裂纹扩展模式，
因此在文中只考虑张开型和滑开型裂纹扩展模式。
图 1 三种典型裂纹扩展模式示意图。(a) Ⅰ型裂纹（张开型）; (b) Ⅱ型裂纹（滑开型）; (c)
Ⅲ型裂纹（撕开型）
Fig. 1 Schematic diagram of three typical crack expanding mode. (a) Mode I crack(opening
mode); (b) Mode II crack(sliding mode); (c) Mode III crack(tearing type)
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