【摘要】：對(duì)微光機(jī)電系統(tǒng)(micro optical electro mechanical systems,MOEMS)芯片粘結(jié)劑層進(jìn)行了溫度循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變有限元分析.以粘結(jié)劑厚度、溢出高度和溢出寬度三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)作為關(guān)鍵因素,采用正交表設(shè)計(jì)了25種不同水平組合的粘結(jié)劑層,獲取了25組應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)并進(jìn)行方差分析.結(jié)果表明,在置信度95%時(shí),粘結(jié)層厚度和溢出寬度對(duì)應(yīng)力有顯著影響;粘結(jié)層厚度對(duì)應(yīng)變有顯著影響;各因素對(duì)應(yīng)力應(yīng)變影響排序?yàn)?粘結(jié)層厚度影響最大,其次是溢出寬度,最后是溢出高度;粘結(jié)劑層內(nèi)最大應(yīng)力應(yīng)變隨粘結(jié)劑層厚度和溢出寬度的增加而減小.
【圖文】：

第1期梁穎，等:微光機(jī)電系統(tǒng)封裝芯片粘結(jié)劑層溫度循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變分析7高度，工藝上通常用百分比來表征粘結(jié)劑的溢出高度，，即粘結(jié)劑的溢出相對(duì)于芯片高度的百分比值［3］．參考圖1所示，此時(shí)模型中粘結(jié)劑的溢出高度h為50%，溢出寬度w取為0．2mm(即粘結(jié)劑在芯片的長度和寬度方向上均溢出0．2mm)，粘結(jié)劑厚度b取為0．1mm．圖1MOEMS芯片封裝有限元模型Fig.1FEAmodelofMOEMSpackage在MOEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)中，基板的材料為陶瓷，芯片為硅材料，密封環(huán)和窗框體材料為KOVAＲ合金，光窗口材料為Corning7056，各組成部分材料參數(shù)見表1所示．芯片粘結(jié)劑為聚合物材料，其彈性模量參數(shù)選用為隨溫度變化的彈性模量［4］．表1材料參數(shù)Table1Materialproperties材料彈性模量E/MPa熱膨脹系數(shù)αl/10－6℃－1泊松比μ芯片1310002．800．30陶瓷基板3700006．800．22光窗框及密封環(huán)205．300．32光窗口9．25．150．21粘結(jié)劑見文獻(xiàn)［4］中圖348．00．40MOEMS芯片封裝有限元模型中各個(gè)組成部分均采用SOLID45實(shí)體單元，劃分為65168個(gè)單元、79592個(gè)節(jié)點(diǎn)．對(duì)有限元模型施加的溫度循環(huán)加載條件是:低溫保溫溫度－55℃，高溫保溫溫度125℃，高溫和低溫的保溫時(shí)間均為25min，升溫和降溫的速率均為20℃/min．在周期加載條件下，零應(yīng)力應(yīng)變參考溫度選取為125℃［5－7］．采用5個(gè)溫度循環(huán)周期進(jìn)行有限元分析計(jì)算，對(duì)模型施加的邊界條件是:陶瓷基板底部四個(gè)角點(diǎn)施加全約束．1．2粘結(jié)劑層溫度循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變有限元分析結(jié)果采用范米塞斯等效應(yīng)力應(yīng)變(以下簡稱應(yīng)力應(yīng)變)描述MOEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)．溫度循環(huán)加載條件下第五循環(huán)周期低溫保溫結(jié)束時(shí)刻MOEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變有限元分析結(jié)果如圖2和圖3所示．

條件是:低溫保溫溫度－55℃，高溫保溫溫度125℃，高溫和低溫的保溫時(shí)間均為25min，升溫和降溫的速率均為20℃/min．在周期加載條件下，零應(yīng)力應(yīng)變參考溫度選取為125℃［5－7］．采用5個(gè)溫度循環(huán)周期進(jìn)行有限元分析計(jì)算，對(duì)模型施加的邊界條件是:陶瓷基板底部四個(gè)角點(diǎn)施加全約束．1．2粘結(jié)劑層溫度循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變有限元分析結(jié)果采用范米塞斯等效應(yīng)力應(yīng)變(以下簡稱應(yīng)力應(yīng)變)描述MOEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)．溫度循環(huán)加載條件下第五循環(huán)周期低溫保溫結(jié)束時(shí)刻MOEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變有限元分析結(jié)果如圖2和圖3所示．圖2芯片與粘結(jié)層等效應(yīng)力應(yīng)變分布云圖Fig.2Equivalentstressandstraindistributionondieandadhesivefillet圖3粘結(jié)層等效應(yīng)力應(yīng)變分布云圖Fig.3Equivalentstressandstraindistributiononadhe-sivefillet圖2所示為芯片和粘結(jié)層粘接為一體時(shí)的等效應(yīng)力應(yīng)變分布，圖3所示為粘結(jié)層內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變分布．從圖2和圖3中可見，溫度循環(huán)加載下，MOEMS芯片與粘結(jié)層內(nèi)的等效應(yīng)力和應(yīng)變分布是不均勻的，粘結(jié)劑層內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變要大于芯片上的應(yīng)力應(yīng)變;對(duì)于圖3所示的粘結(jié)劑層而言，最大應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)于與芯片接觸的四個(gè)角部，并且應(yīng)力應(yīng)變從與芯片下端外邊緣接觸處向中心逐漸減小，最大應(yīng)力和最大應(yīng)變分別為74．4MPa和0．010172．由于最大
【作者單位】： 成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系;桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院;桂林航天工業(yè)學(xué)院汽車與動(dòng)力工程系;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51465012) 廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015GXNSFCA139006,2013GXNSFAA019322) 四川省教育廳科研資助項(xiàng)目(13ZB0052)
【分類號(hào)】：TN405

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本文編號(hào)：2543366