【摘要】：隨著電子器件和光電器件不斷地朝著小型化、多用途化等方向發(fā)展,其中由于熱膨脹系數(shù)不匹配或溫度梯度所導(dǎo)致的熱負(fù)荷已經(jīng)成為降低器件使用壽命和器件發(fā)生故障的主要因素。為滿足這些器件設(shè)計(jì)中的理論驗(yàn)證要求,則必須需要更精確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)。然而長期以來,關(guān)于在這些器件中常見的薄膜基底結(jié)構(gòu),對(duì)于其在不同環(huán)境條件下的受力性態(tài)尚不明確,至今尚未形成統(tǒng)一的分析理論和仿真理論。論文主要應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬、有限元分析等研究手段,分別對(duì)雙層、多層、均勻熱場、非均勻熱場以及不同形狀等條件下的薄膜基底結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與模擬,揭示了不同條件下薄膜基底結(jié)構(gòu)中包括正向應(yīng)力、剪切應(yīng)力、剝離應(yīng)力等熱致殘余應(yīng)力的分布的計(jì)算方法,為電子器件與光電器件的設(shè)計(jì)中的理論驗(yàn)證提供重要的方法以及建議。本論文取得的主要成果如下:1、介紹了對(duì)于不同條件下薄膜基底結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布模型,揭示了薄膜厚度、基底厚度、溫度變化、材料屬性等對(duì)于各向殘余應(yīng)力的影響,對(duì)電子器件及光電器件設(shè)計(jì)有一定的參考意義。2、設(shè)計(jì)優(yōu)化了薄膜基底結(jié)構(gòu)的熱-結(jié)構(gòu)仿真的過程,發(fā)現(xiàn)并解決了有限元分析中的應(yīng)力奇異性問題,并利用優(yōu)化過的仿真方法進(jìn)行了實(shí)例的分析,與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),結(jié)果顯示:數(shù)值模擬結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本一致,并使用有限元分析方法有效的分析了外延薄膜對(duì)原基底薄膜殘余應(yīng)力影響的問題。3、介紹了一種概率統(tǒng)計(jì)方法,這種概率統(tǒng)計(jì)方法在器件理論驗(yàn)證階段的使用能夠根據(jù)已知的統(tǒng)計(jì)的斷裂的器件上收集到的數(shù)據(jù),計(jì)算得到相應(yīng)的結(jié)果,為器件設(shè)計(jì)優(yōu)化提供設(shè)計(jì)參考。
【圖文】：

15（c）圖 2.4 雙金屬條在均勻加熱時(shí) 和 ρ 的另一個(gè)等式可以從對(duì)變形的分析縱向單位伸長率必須相等，因此可以得 1 1 1 0 2 1 1 2P a t t a t E h r 式 2.16 和公式 2.18，結(jié)合公式 2.20 中慣得到曲率的表達(dá)式如公式 2.21 所示。3 31 21 212 12h hI ，I

矩陣方程會(huì)越復(fù)雜，耗費(fèi)的機(jī)時(shí)也會(huì)越多。在 ANSYS 中有兩種基本方法進(jìn)行間接耦合場分析。它們主要區(qū)別在于每個(gè)場的特性是如何展示的。與物理環(huán)境方法相比，手工方法在本論文中有著在建立熱和結(jié)構(gòu)模型時(shí)有較少的限制的優(yōu)點(diǎn)，例如：屬性號(hào)碼和網(wǎng)格劃分在熱和結(jié)構(gòu)中可以不同。而在很多時(shí)候，在結(jié)構(gòu)仿真中，都需要對(duì)一部分位置的表格進(jìn)行細(xì)分，，而熱分析是不需要的。而物理環(huán)境方法中需要所有的模型都是一致的。手工方法是簡單而且適應(yīng)范圍較廣的。間接手動(dòng)熱.應(yīng)力耦合分析流程如圖4.2所示。4.3 有限元分析驗(yàn)證理論模型4.3.1 鐵木辛柯梁模型驗(yàn)證適用于 Timoshenko 梁模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為大變形、熱膨脹系數(shù)差異比較大的相連梁結(jié)構(gòu)，因此采用 Fe 和 Al 進(jìn)行有限元仿真，它們之間的線熱膨脹系數(shù)差距為 11.8ppm/℃。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：2646352