有限元在金属微结构电铸特性分析中的应用

为改善高深宽比金属微结构的电铸成型质量,采用有限元方法分析微细电铸的电场和流场的分布特点,及搅拌方式、电场和流场分布对微细电铸质量的影响。研究表明:搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分,深度小于55μm,扩散过程成为金属沉积的限制性因素;电力线曲率随电铸深宽比增大而提高,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀。微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件;辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度,减少铸层缺陷、改善传质。实现了表面光滑、侧壁陡直的金属微结构的电铸成型。     

金属微结构电铸成型的流场性能研究

为改善高深宽比金属微结构的电铸成型质量,在分析微细电铸的流场特性的基础上,深入研究了铸层厚度的不均匀现象及搅拌方式、流场分布对微细电铸的影响.由于高深宽比胶膜的存在,单一搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分.扩散过程成为金属沉积的限制性因素;随着胶膜深宽比的增大,搅拌速度对电铸传质过程影响减小,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀.实验表明,微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件;辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度、减少铸层缺陷、改善传质.实现了高分辨率,侧壁陡直的金属微结构的电铸成型.     

微电铸图形表面平面度提升技术

微电铸技术是制备小尺寸、高精度金属微结构的常用技术.然而,在进行铜微电铸时,产品表面电流密度的分布呈现边缘大、中间小的趋势,从而导致了电铸层厚度分布不均匀的现象.此外,对于同一电铸图形,其边缘和中心的高度分布也不同.采用高精度机械研磨技术结合化学机械抛光技术,可提升微电铸图形的表面平面度.研究表明,152.4 mm幅面...     

微立方结构阵列间距对场发射影响

在3D基底上制备CNT薄膜可以提高碳纳米管的场发射能力,基底微结构的形貌、尺寸、间距等参数都对碳纳米管的场发射有直接的影响。利用有限元分析软件ANSYS模拟了微立方阵列结构,微立方结构的尺寸为20μm×20μm×20μm(长×宽×高),得到了微立方结构上表面的电场分布,计算了阵列间距和上表面面积不同时的电场分布。依据F-N方程,采用离散化的方法,定量地分析了阵列间距对冷阴极场发射电流的影响,发现该微结构在阵列间距为100μm时场发射电流达到最大值。     

UV-LIGA双层微齿轮加工工艺研究

利用SU-8光刻胶UV—LIGA技术制备了双层微齿轮，齿轮单层的厚度可达450μm。制备中分别采用了三种工艺路线：两次电铸、溅射种子层一次电铸和直接一次电铸，均成功地制备出了双层微齿轮，并讨论了三种工艺路线各自的适用范围，即两次电铸工艺路线适用于对机械强度要求不高的各类多层微结构器件，一次电铸工艺路线适用于对机械强度要求较高的结构，其中溅射种子层工艺适用于深宽比较小的多层微结构模具，而直接电铸工艺适用于深宽比较大且层间直径相差较小的多层微结构器件。     

全丝印后栅CNT-FED仿真及器件研究

模拟并制作了一种基于丝网印刷技术的后栅结构碳纳米管场发射显示器。采用有限元分析软件ANSYS对器件进行了电场模拟,优化了阴极宽度、阴极厚度、阴极间隙、介质层厚度等结构参数。取最优参数制作了像素为30×30,发光面积为54mm×54mm的单色显示屏。在阳压为1500V、栅压为300V时,器件发射电流密度达到5μA/cm2。该器件制作成本低,稳定性和均匀性良好,可矩阵寻址实现字符显示。     

微细电铸电流密度的有限元分析

微细电铸过程中,阴极表面的电流密度分布直接影响沉积层的质量.通过对电沉积基本原理的分析,得到了电流密度及其分布对电沉积过程和沉积层质量的影响关系,结果表明,阴极表面金属层的沉积速率与电流密度成正比,沉积层厚度分布与电流密度分布一致.重点利用有限元方法对电沉积系统中电流密度进行了计算,对于不同形状和不同导电化处理方法的微结构,计算结果表明,在导电基底上制作微结构模型以有利于电沉积的结晶;设计用于微细电铸工艺的微结构时,应尽量避免侧壁与基板为锐角的结构,应选取较小的深宽比.从而为基于微细电铸工艺微结构设计的优化提供了基础.     

多芯片组件（MCM）的热模拟研究

介绍了MCM的封装热阻及相应的几种热阻计算方法。利用有限元分析软件ANSYS对多芯片组件(MCM)进行了热模拟。在常用两种MCM结构的热流模型基础上，分析并比较了这两种热模型差异及对散热的影响。根据ANSYS模拟结果，讨论了空气流速、基板热导率及其厚度、芯片粘结层热导率及其厚度对MCM封装热特性的影响，分析了控制MCM封装内、外散热的主要因素。     

Ernst电极系统电场均匀性分析

分析了用于TEA CO2 激光器的Ernst电极在加工和装配过程中可能产生的误差对整个电极系统电场均匀性的影响。引入模拟软件ANSYS,利用有限元方法计算了 Ernst电极系统的静电场问题。计算结果给出了在电极表面曲线不连接或交错、电极中部曲线被磨平、上下电极水平错开、上下电极间距偏差和上下电极不平行时的电极表面电场的畸变情况和变化趋势。计算误差小于5×10-4。     

电磁搅拌辅助钛合金激光沉积修复的电磁场模拟与验证

利用自行研制的电磁搅拌装置辅助钛合金激光沉积修复,通过有限元软件ANSYS进行数值模拟,并与试验相结合,研究了钛合金激光熔池内磁-电-力的相互作用关系。结果表明,在旋转磁场的作用下,激光熔池内的液体表面磁感应强度与激励电流成正比,与频率成反比;激光熔池受到径向力和切向力的作用,但是前者较小,可以忽略不计,液体横截面上电磁力密度最大值与激励电流成正比。在旋转磁场的作用下激光沉积修复件表面两侧凸起且修复层内部组织/片层长径比减小。     

无源OLED显示屏亮度均匀性研究

利用无源矩阵驱动原理,计算了有机发光二极管(OLED)器件中阴极和阳极电阻上的电压降.结果表明,恒压驱动条件下,电阻上的压降将产生严重的亮度不均匀性.分析表明辅助电极可以改善亮度非均匀性.采用恒流驱动及高效率的OLED可以进一步提高亮度均匀性,降低功耗.计算及分析结果与实验现象一致.     

Operational characteristics of a TE CW CO2laser with a DC auxiliary discharge

This paper describes a TE CW CO2laser with a special gas flow scheme and an auxiliary discharge configuration. In this laser system, mixed gas was forced to flow through a structure of square tubes with meshes on both sides. An array of auxiliary electrodes was added to produce a dc auxiliary discharge between these electrodes and a tubular cathode. By introducing these structures, uniformity and stability of the main discharge could be significantly improved, and more electrical input power could be deposited into the laser gases at higher pressures and higher discharge currents. An output power exceeding 3000 W/m was obtained at a gas mixture of CO:CO2:N2:He = 4:10:25:40 and a total pressure of 7.9 kPa. Without the auxiliary discharge, the maximum output power was less than 1600 W/m, and a stable discharge could not be obtained at a pressure above 4 kPa. The spatial distributions of unsaturated gain along the direction of gas flow and contours with constant gain were also drawn. By introducing molecular sieve 3A, the system could be operated continously over 15 h under sealed-off conditions.     

TiOx层在Pt/Ti电极中对Ti扩散的抑制作用

采用直流磁控溅射方法在SiO2/Si衬底上制备出Pt/Ti和Pt/TiOx底电极。用XRD分析其晶相结构,用AFM测量其晶粒尺寸和表面粗糙度。结果表明,用TiOx层代替金属Ti后,能有效地抑制在高温环境下Ti原子向Pt层扩散,使电极表面粗糙度减小(粗糙度为2.99 nm)。     

LED照明的光学器件设计与仿真

大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。     

模拟研究离焦量对7050铝合金Al/Ti熔覆过程的影响

针对7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体,建立了三维瞬态温度场有限元模型,模拟了不同离焦量条件下的熔池大小、温度梯度、冷却速度及形状控制因子.结果表明,熔池宽度与深度尺寸随着离焦量数值的增大先增大后减小,在离焦量为20 mm时熔池宽度与深度都出现了最大值.沿熔池深度方向(即Z向)的温度梯度数值最大,散热条件最好,表明熔覆凝固过程中的晶粒生长方向主要集中在Z向.离焦量为40 mm时的冷却速度最大、晶粒细小,离焦量为80 mm时的冷却速度最小、晶粒粗大,且得到实验验证.离焦量为60 mm时的形状控制因子最大,金相组织出现柱状晶;离焦量为80 mm时的形状控制因子最小,金相组织主要为胞状晶,并有相应的实验验证.     

Analysis of the Microstructure of Mg2Si Thermoelectric Devices

High-performance Mg₂Si thermoelectric devices have been obtained by spark plasma sintering of high-purity, pre-synthesized, all-molten Mg₂Si powder. We studied the effects of source powder particle size on thermoelectric performance. To improve the performance, further investigation of the microstructure of the devices is needed. In this work we studied the microstructure of grain boundaries and interfaces between electrodes and Mg₂Si sintered bodies to increase understanding of Mg₂Si thermoelectric devices.     

基于高反射率DBR薄膜的倒装LED电极结构优化设计

为提升LED芯片的光提取效率和电流扩展能力,设计了双金属层环形叉指结构ITO/DBR电极的大功率倒装LED芯片,并对分布式布拉格反射镜(DBR)薄膜和环形叉指电极结构进行了仿真优化计算。利用TFcalc软件仿真计算了DBR堆栈方式、堆栈周期和参考波长对DBR反射率的影响。仿真结果表明,优化设计的双堆栈DBR薄膜在234nm宽波长范围内反射率均高于95%,对应蓝黄光区域(440~610nm)平均反射率高达98.95%,参考波长红移可以缓解DBR反射偏振效应。利用SimuLED软件仿真计算了电极结构对芯片电流扩展能力的影响。仿真结果表明,350mA电流输入情况下,单金属层电极电流密度均方差为44.36A/cm²,而双金属层环形叉指数目为3×3时,电流密度均方差降至14.37A/cm²。双金属层环形叉指电极降低了p、n电极间距,减小了电流流动路径,芯片电流扩展性能明显提升。     

GaN基LED电流分布的模拟

采用Silvaco软件,利用二维有限元方法,仿真得到LED的电学等特性。比较3种不同尺寸的LED器件内的电流分布,得到电流密度与L的关系曲线,发现减小电流扩展长度L可提高电流的均匀性。模拟了5种不同电极结构的1 mm×1 mm功率LED,发现五插指电极结构的电流分布最均匀。     

三极FED分段复合衬底电极的特性和制作

结合丝网印刷技术、烘烤工艺和烧结工艺,采用印刷ZnO层和银浆层相结合的方案,进行了分段复合衬底电极的制作。该分段复合衬底电极能够降低无效的阴极电压降,增强三极场发射显示器的发光亮度并改善其发光均匀性,且制作成本低廉。分段复合衬底电极避免了过长过细衬底电极现象,促使碳纳米管提供更多电子,同时有效改善了碳纳米管的场发射均匀性。利用碳纳米管作为阴极材料,进行了三极场发射显示器的研制,并进行点阵图像显示,从而证实了这种分段复合衬底电极制作工艺的可行性。与普通银电极场发射显示器相比,分段复合衬底电极场发射显示器能够将开启场强从1.92 V/μm降低到1.81 V/μm,其最大场发射电流由1 332.5μA提高到2 137.8μA,具有典型的场致发射特性以及优良的图像发光均匀性。     

离轴抛物面镜准直输出辐照度特性

基于离轴抛物面镜的准直光学系统因其无色差、材料易得、工作谱段宽、无中心遮挡等优点被广泛应用于传感系统校准、辐射测量、红外目标模拟器等系统中。为了分析设计的准直系统是否满足实际需求,对准直系统输出的辐照度特性进行了理论分析及仿真研究。基于辐照度传输模型给出了准直系统输出面辐照度分布表达式,并给出了准直光束发散角与抛物面焦距、光源口径及离轴角之间等的定量关系。采用光线追迹方法仿真分析了准直系统在不同光源口径情况下的输出面辐照度分布情况,并对输出辐照度均匀性进行了定量分析。文中所提出的分析方法对提高离轴抛物面镜的准直性和输出辐照度均匀性有重要的意义。