三明治型微加速度计温度漂移封装胶关系研究

为探索三明治微加速度计温度漂移与封装胶的关系,基于有限元分析方法,结合微加速度计伺服反馈工作原理,对温度漂移与封装胶关系展开了研究。研究表明:封装胶厚度、杨氏模量和与封装胶相连的底部玻璃厚度改变均会影响温度漂移,当封装胶厚度从15μm增加到35μm时,温度漂移减小约25%;封装胶杨氏模量从4 GPa减小到0.25 GPa时,温度漂移减小约70%;与封装胶相连的底部玻璃厚度从400μm增大到1 000μm时,温度漂移减小约37%。并且,通过与实验结果对比,表明封装胶所引起的温度漂移约为实测漂移的1/4~1/3。研究为三明治微加速度计温度漂移与封装胶关系提供了参考。     

考虑胶层影响的压电陶瓷层合结构变形模型

针对压电层合结构中胶层厚度不可忽略的情况,根据层合结构各层的正应变分布,研究了压电层合结构中压电层与基底层中的正应变与胶层内部剪应变的数学关系,再根据剪应力与剪应变的关系,建立了考虑胶层情况下压电层与基底层界面上的剪应力、剪应变分布模型,得到压电层与基底层间界面上的应力、应变分布规律。并基于该模型研究了压电层合结构的几何参数与材料物性参数对应力、应变分布的影响。最后结合压电层合结构在电载荷下的变形模型,通过与实验结果对比,验证了考虑胶层影响模型的正确性。     

胶层厚度对多点支撑光窗面形的影响

以某型战斗机光雷保护罩采用的多点支撑光窗为研究对象,建立胶层连接的多点边缘支撑结构模型,通过仿真分析胶层厚度对多点边缘支撑光窗面型的影响。建立“压块-胶层-光窗”有限元分析模型,在结构航向过载、航向随机振动、高低温冲击情况下,对不同胶层厚度仿真结果数据处理,分析胶层厚度对光窗面形变形的影响。结果可知:胶层在0.1~0.5 mm范围内,光窗表面PV值与RMS值,在过载冲击与随机振动仿真试验中,随着胶层厚度的增加呈现先减小后增加的趋势;在温度冲击仿真中,呈现逐渐减小的趋势。     

3D堆叠封装硅通孔结构的电-热-结构耦合分析

硅通孔(TSV)技术作为三维封装的关键技术,其可靠性问题受到广泛的关注。基于ANSYS平台,通过有限元方法,对3D堆叠封装的TSV模型进行了电-热-结构耦合分析,并进一步研究了不同的通孔直径、通孔高度以及介质隔离层SiO_2厚度对TSV通孔的电流密度、温度场及热应力分布的影响。结果表明:在TSV/微凸点界面的拐角处存在较大的电流密度和等效应力,容易引起TSV结构的失效;增大通孔直径、减小通孔长度可以提高TSV结构的电-热-机械可靠性;随着SiO_2层厚度的增加,通孔的最大电流密度增大而最大等效应力减小,需要综合考虑合理选择SiO_2层厚度。     

挠性印制板拐角防撕裂结构信号传输性能分析

挠性印制板很容易在大应力的作用下造成开裂或断裂,在设计时常在拐角处采用抗撕裂结构设计以更好地改善FPC的抗撕裂的性能。文中基于三维电磁场仿真软件HFSS,对多种圆弧拐角防撕裂结构的信号传输性能及电磁场分布进行了仿真分析,总结了防撕裂结构对高速电路信号传输性能的影响规律。     

Al/TPG叠层复合结构导热性能的数值研究

针对高功率电子元器件的散热需求,该文以高导热Al/TPG叠层复合结构为研究对象,基于有限元方法,应用ANSYS软件对该叠层复合结构的导热性能进行了仿真分析。对比分析了平行结构和T型结构两种复合构型对Al/TPG叠层复合结构导热性能的影响,综合考虑了Al/TPG间的界面热阻对复合结构导热性能的影响。分析结果表明T型Al/TPG叠层复合结构具有更好的传热性能,Al/TPG间的界面热阻对该结构的导热性能有显著影响。     

芯片粘接空洞对功率器件散热特性的影响

芯片粘结层的空洞是造成功率半导体芯片由于散热不良而失效的主要原因.运用有限元法对芯片封装结构进行了热学模拟分析,研究了粘结层材料、粘结层厚度、粘结层空洞的面积、空洞的位置对芯片温度分布以及芯片最高温度造成的影响.对标准中规定应避免出现的粘结状况进行了分析,研究结果表明空洞的面积越大,芯片的温度越高.空洞位于拐角,即粘结区域四角的位置时,芯片散热情况最差.而在标准中给出的,芯片空洞面积达50%,且位于拐角时,芯片的温度最高.     

可折叠OLED屏幕的弯折应力仿真

柔性OLED屏幕在弯折的过程中,容易出现器件损伤、胶层剥离等现象。调整显示层的应力中性层位置和光学透明胶(OCA)胶层的应变是解决该问题的主要途径。本文通过建立柔性OLED屏幕的弯折仿真模型,分析了不同堆叠结构、保护盖板刚度、OCA胶层厚度、背板厚度和弯折半径对弯折后显示层应力中性层位置和OCA胶层应变的影响。结果表明,不同堆叠结构对显示层的应力中性层位置有很大影响,保护盖板刚度与OCA胶层厚度均对显示层的应力中性层位置无影响,背板厚度的增大使显示层应力中性层位置向下移动,弯折半径增大使结构应力下降,保护盖板刚度降低、OCA胶层厚度增大、背板厚度减小均对OCA胶层应变降低有利。仿真结果为柔性OLED的屏幕结构设计、材料选用以及解决弯折过程中出现的力学问题提供了参考。     

2.5D硅转接板TSV结构研究

针对结构参数对TSV可靠性影响不明确的问题,文中采用有限元分析和模型简化的方法,分析了TSV结构在温度循环条件下的应力应变分布,并进一步研究了铜柱直径、SiO₂层厚度以及TSV节距等结构参数对TSV结构可靠性的影响。结果表明,采用文中的方法简化模型后得出的结果拟合度在0.95以上;在TSV结构上施加温度循环载荷时,在SiO₂界面会出现应力集中,而在钝化层中会出现应变增大;改变铜柱直径、绝缘层厚度和TSV节距将显著影响TSV结构的可靠性;减小填充铜的直径、增加SiO₂层的厚度、增加TSV节距,都将有助于减小TSV结构的最大应力。     

MEMS多层结构的热应力分析

温度载荷能够引起MEMS多层薄膜结构发生翘曲和分层等失效模式,而界面应力则是引起这些失效的直接原因。根据Suhir.E的双金属带热应力分布理论,对温度载荷作用下MEMS界面中的剪应力和剥离应力的分析表明,这两种应力随着与界面中心距离的增大呈指数增加,在界面端处达到最大值。界面应力与材料热膨胀系数和所加载温度呈线性相关,另外还与两材料层的厚度密切相关。以铜/铬组成的双层结构为例,利用Matlab数值仿真研究了界面应力与材料层厚度的关系,结果表明,界面应力与两材料层厚度比有关,当铜层和铬层厚度比为1.5时,层间剪应力和剥离应力均较小,可有效提高MEMS结构的可靠性,降低分层失效的概率。     

挠性印制板拐角防撕裂结构信号传输性能分析

印制电路板的不连续问题已成为当今高速数字设计研究的重点．随着频率的增长和信号上升沿的变陡,挠性印制板拐角带来的阻抗不连续会引起信号的反射,严重影响系统的性能和信号完整性。由于挠性印制板很容易在大应力的作用下造成开裂或断裂,在设计时常在拐角处采用抗撕裂结构设计以更好的改善FPC的抗撕裂的性能。文章基于三维电磁场仿真软件HFSS,对挠性印制板多种圆弧拐角仿撕裂结构进行了研究．通过建立三维物理模型,分析了多种圆弧拐角防撕裂结构对高速电路的信号完整性的影响。     

HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布计算

计算了HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布,发现对于生长方向为不具有对称特性的[211]晶向,由于弹性模量的各向异性,平行表面的两个晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变和应力分布存在差异,并且二者的曲率半径也具有相应特性。对于Si衬底厚度为500μm,CdTe缓冲层厚度为10μm,HgCdTe层厚度为10μm的异质结构,液氮温度77 K时衬底与外延层的应变均为负值,外延层和衬底的最大应力值均在界面处,外延层中均为张应力,Si衬底在靠近界面处为压应力,远离界面逐渐过渡为张应力,存在一个应力为零的中性轴位置。     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性研究

红外探测器杜瓦冷头结构受温度冲击时容易损伤,甚至会导致探测器组件失效。这是红外探测器组件产品研制中不可避免的可靠性问题之一。针对红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性问题展开了相关研究。结合粘接失效原理和有限元仿真,讨论了粘接胶厚度、溢胶等情况对杜瓦冷头低温应力、冷头-冷指粘接面积与探测器温度关系的影响。结果表明,胶层状态是影响杜瓦冷头低温损伤和温度传导的重要原因。产品研制过程中可通过控制粘接胶层来降低大面阵探测器粘接结构的低温应力,从而提高冷头结构的低温可靠性。     

空间遥感器反射镜组件的稳定性研究

空间遥感器反射镜组件的稳定性是影响光学系统成像质量的重要因素.以某型号空间遥感器的反射镜为例,分析了研制过程中影响其稳定性的主要因素,包括支撑结构、装配应力、胶层厚度及固化和温度变化.结合实际研制过程,针对这四个主要因素提出了相应的解决方法,即设计反射镜的柔性支撑结构、设计反射镜组件的微应力装配工艺及调整装置、设计合理的胶层厚度及固化工艺和设定温度及其变化范围.最后进行了力学环境试验、真空热循环试验和温度试验.结果表明,这些方法能够有效保证反射镜组件的稳定性.     

柔性凸点热-结构耦合应力应变有限元分析

建立了芯片尺寸封装焊点的柔性凸点三维有限元分析(FEA)模型,对该模型进行了热-结构耦合有限元分析,研究了热-结构耦合条件下柔性凸点温度场和应力应变的分布规律,对比了有无柔性层结构的凸点内应力应变的大小,分析了柔性层厚度、上下焊盘直径对柔性凸点应力应变的影响。结果表明:柔性层结构有效降低了凸点内的应力应变;随着柔性层厚度的增加,凸点内最大应力应变减小;随上焊盘和下焊盘直径的增加,凸点内最大应力应变的变化无明显规律。     

曲折状CoFeSiB三明治薄膜及其巨磁阻抗效应

利用射频磁控溅射技术及MEMS技术,制备了曲折状三明治结构的CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜,在l～40 MHz频率下,研究了多层膜的纵向和横向巨磁阻抗效应以及相应的电阻、电抗变化率。结果表明:曲折状三明治结构多层膜的巨磁阻抗效应,比单层膜有较大的提高,纵向和横向最大GMI效应分别为12.2%和–18.6%。     

半导体多层结构的热应变弯曲和层应力

导出了杨氏模量和生长温度各不相同的多层结构的热应变弯曲半径和层内应力的普遍公式,包括衬底具有固有弯曲的情况,并给出在不同条件下公式的特殊形式,尤其是有较广泛应用的厚衬底条件下的近似式.应用导出的公式,计算了有源区掺Al和具有缓冲层的GaAlAs DH激光器中有源层应力随各层厚度和Al组分的变化,得到有源层应力为零的条件的显式;研究了 MSTO GaAlAs多层结构的有源层内应力,计算了氧化层和金属层的贡献;还测量了GaAs上热氧化层Ga_2O_3的线胀系数和杨氏模量,此方法也适用于其他衬底上的薄层材料.     

CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜的巨磁阻抗效应研究

利用射频磁控溅射技术及微细加工技术制备了三明治结构的CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜,在频率l～40MHz下研究了多层膜的纵向和横向巨磁阻抗效应,结果表明曲折状三明治结构多层膜的巨磁阻抗效应比单层膜有较大的提高。在交流电流频率5MHz,外加直流磁场100Oe下巨磁阻抗变化率达17.3%。     

FCOB器件在热循环载荷下的界面层裂研究

界面层裂是塑封半导体器件的主要失效模式之一。采用通用有限元软件MSC.MARC,研究了FCOB(基板倒装焊)器件在热循环(–55~+125℃)载荷作用下,底充胶与芯片界面的层裂问题。结果表明:底充胶与芯片界面最易出现分层,分层扩展的位置都在该界面的边缘拐角处;如果分层导致底充胶开裂,开裂的方向大约是35°。