【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不匹配或溫度梯度所導致的熱負荷已經成為降低器件使用壽命和器件發(fā)生故障的主要因素。為滿足這些器件設計中的理論驗證要求,則必須需要更精確的設計數據與仿真數據。然而長期以來,關于在這些器件中常見的薄膜基底結構,對于其在不同環(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。論文主要應用理論分析、數值模擬、有限元分析等研究手段,分別對雙層、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構進行了分析與模擬,揭示了不同條件下薄膜基底結構中包括正向應力、剪切應力、剝離應力等熱致殘余應力的分布的計算方法,為電子器件與光電器件的設計中的理論驗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、介紹了對于不同條件下薄膜基底結構的殘余應力分布模型,揭示了薄膜厚度、基底厚度、溫度變化、材料屬性等對于各向殘余應力的影響,對電子器件及光電器件設計有一定的參考意義。2、設計優(yōu)化了薄膜基底結構的熱-結構仿真的過程,發(fā)現并解決了有限元分析中的應力奇異性問題,并利用優(yōu)化過的仿真方法進行了實例的分析,與數值模擬的結果進行了比對,結果顯示:數值模擬結果與有限元分析結果基本一致,并使用有限元分析方法有效的分析了外延薄膜對原基底薄膜殘余應力影響的問題。3、介紹了一種概率統(tǒng)計方法,這種概率統(tǒng)計方法在器件理論驗證階段的使用能夠根據已知的統(tǒng)計的斷裂的器件上收集到的數據,計算得到相應的結果,為器件設計優(yōu)化提供設計參考。
【圖文】：

15（c）圖 2.4 雙金屬條在均勻加熱時 和 ρ 的另一個等式可以從對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，結合公式 2.20 中慣得到曲率的表達式如公式 2.21 所示。3 31 21 212 12h hI ，I

矩陣方程會越復雜，耗費的機時也會越多。在 ANSYS 中有兩種基本方法進行間接耦合場分析。它們主要區(qū)別在于每個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構模型時有較少的限制的優(yōu)點，例如：屬性號碼和網格劃分在熱和結構中可以不同。而在很多時候，在結構仿真中，都需要對一部分位置的表格進行細分，，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范圍較廣的。間接手動熱.應力耦合分析流程如圖4.2所示。4.3 有限元分析驗證理論模型4.3.1 鐵木辛柯梁模型驗證適用于 Timoshenko 梁模型的結構特點為大變形、熱膨脹系數差異比較大的相連梁結構，因此采用 Fe 和 Al 進行有限元仿真，它們之間的線熱膨脹系數差距為 11.8ppm/℃。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2646352