【摘要】：隨著電子封裝技術(shù)的迅速發(fā)展,新的封裝材料不斷涌現(xiàn),以復(fù)合材料、多孔介質(zhì)和疊層材料為代表的非均質(zhì)材料憑借其優(yōu)良的綜合性能在電子封裝領(lǐng)域獲得了廣泛的運(yùn)用。非均質(zhì)材料在宏觀層次可以等效為均勻連續(xù)的物質(zhì),而在微觀尺度又展現(xiàn)出非均質(zhì)的特征。非均質(zhì)材料研究的重要課題就是建立材料宏微觀尺度之間的聯(lián)系、探索材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀等效特性的關(guān)聯(lián)、分析宏微觀特性之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。對非均質(zhì)材料的多尺度問題進(jìn)行深入研究可以讓研究者了解材料宏觀特性的微觀本質(zhì),可以根據(jù)材料微觀結(jié)構(gòu)特征預(yù)測宏觀等效特性,更為重要的是,研究者能夠?qū)Σ牧系奈⒂^結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化以獲取理想的材料特性。這對于提高封裝結(jié)構(gòu)可靠性、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、促進(jìn)產(chǎn)品性能的提升具有重要的指導(dǎo)意義。 本文基于漸進(jìn)均勻化的思想,采用多尺度的研究方法對電子封裝中典型非均質(zhì)材料的力學(xué)特性進(jìn)行了研究。建立了典型非均質(zhì)材料的幾何模型,分析了非均質(zhì)材料宏觀等效特性和局部應(yīng)力場的主要表達(dá)形式,探討了材料微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學(xué)特性之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)合電子封裝中非均質(zhì)材料的特點(diǎn),構(gòu)建了非均質(zhì)材料多尺度問題的分析框架,并運(yùn)用多尺度漸進(jìn)均勻化方法研究了三類典型非均質(zhì)材料的力學(xué)特性。 首先,將多尺度漸進(jìn)均勻化方法應(yīng)用于顆粒復(fù)合材料中,采用隨機(jī)次序填充算法建立了顆粒復(fù)合材料的代表性體積元模型,利用多尺度漸進(jìn)均勻化方法研究了大功率LED封裝中硅膠熒光粉顆粒復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學(xué)特性的關(guān)聯(lián)。采用實(shí)驗(yàn)測試、理論預(yù)測和計(jì)算仿真的方法綜合分析了熒光粉顆粒含量、顆粒尺寸大小和顆�？臻g分布等特征對硅膠熒光粉復(fù)合材料宏觀等效特性的影響。結(jié)合界面內(nèi)聚力模型,探索了顆粒復(fù)合材料損傷失效的機(jī)理。分析結(jié)果表明,熒光粉顆粒含量的增加會導(dǎo)致復(fù)合材料等效彈性模量的上升,熒光粉顆粒密集處會產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中,顆粒復(fù)合材料的損傷失效將在高應(yīng)力區(qū)域萌生和擴(kuò)展。 其次,將多尺度漸進(jìn)均勻化方法應(yīng)用于多孔介質(zhì)中,采用數(shù)字圖像處理的方法建立了多孔介質(zhì)的代表性體積元模型,利用多尺度漸進(jìn)均勻化方法研究了功率電子封裝中多孔銀介質(zhì)微觀形貌與宏觀等效力學(xué)特性的關(guān)聯(lián)。采用實(shí)驗(yàn)測試、理論預(yù)測和計(jì)算仿真的方法綜合分析了多孔介質(zhì)相對密度、微觀形貌與載荷路徑對材料宏觀等效特性的影響。結(jié)合銀材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,初步分析了多孔銀介質(zhì)在大變形條件下的響應(yīng)特征。分析結(jié)果表明,多孔介質(zhì)相對密度的增加會導(dǎo)致材料等效彈性模量的提高,同時(shí)會使得材料整體的剪切強(qiáng)度上升。 最后,將多尺度漸進(jìn)均勻化方法應(yīng)用于疊層材料中,根據(jù)材料微觀結(jié)構(gòu)尺寸和空間排布特點(diǎn)建立了柔性太陽能電池封裝中疊層材料的代表性體積元模型,利用多尺度漸進(jìn)均勻化方法研究了疊層材料的微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學(xué)特性之間的關(guān)聯(lián)。采用實(shí)驗(yàn)測試、理論預(yù)測和計(jì)算仿真的方法綜合分析了疊層材料微觀結(jié)構(gòu)尺寸和組分材料特性對等效力學(xué)特性的影響。結(jié)合不同溫度下的材料特性數(shù)據(jù),研究了常溫、75℃和125℃的環(huán)境溫度下疊層材料的等效力學(xué)特性和失效機(jī)理。分析結(jié)果表明,電極材料和層間的界面是柔性太陽能電池封裝中的薄弱環(huán)節(jié),在高溫條件下疊層材料承受機(jī)械載荷的能力大大降低。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN04

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本文編號：2733834